Slow Strain Rate Testing and Stress Corrosion Cracking of Ultra-Fine Grained and Conventional Al-Mg Alloy

Stress corrosion cracking susceptibility was investigated for an ultra-fine grained (UFG) AI-7.5Mg alloy and a conventional 5083 H111 alloy in natural seawater using slow strain rate testing (SSRT) at very slow strain rates between 1E(-5) s(-1), 1E(-6) s(-1) and 1E(-7) s(-1). The UFG Al-7.5Mg alloy was produced by cryomilling, while the 5083 H111 alloy is considered as a wrought manufactured product. The response of tensile properties to strain rate was analyzed and compared. Negative strain rate sensitivity was observed for both materials in terms of the elongation to failure. However, the UFG alloy displayed strain rate sensitivity in relation to strength while the conventional alloy was relatively strain rate insensitive. The mechanical behavior of the conventional 5083 alloy was attributed to dynamic strain aging (DSA) and delayed pit propagation while the performance of the UFG alloy was related to a diffusion-mediated stress relaxation mechanism that successfully delayed crack initiation events, counteracted by exfoliation and pitting which enhanced crack initiation. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fine wool sheep husbandry.

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Machining of coarse grained and ultra fine grained titanium

Machining of titanium is quite difficult and expensive. Heat generated in the process of cutting does not dissipate quickly, which affects tool life. In the last decade ultra fine grained (UFG) titanium has emerged as an option for substitution for more expensive titanium alloys. Extreme grain refinement can be readily performed by severe plastic deformation techniques. Grain refinement of a material achieved in this way was shown to change its mechanical and physical properties. In the present study, the microstructure evolution and the shear band formation in chips of coarse grained and UFG titanium machined to three different depths and three different feeding rates was investigated. A change in thermal characteristics of commercial purity Ti with grain refinement was studied by comparing heating/cooling measurements with an analytical solution of the heat transfer boundary problem. It was demonstrated that an improvement in the machinability can be expected for UFG titanium. © 2012 Springer Science+Business Media, LLC.

Fabrication and mechanisms of densification of ZrB2-based ultra high temperature ceramics by reactive hot pressing

Dense ZrB2-SiC (25-30 vol%) composites have been produced by reactive hot pressing using stoichiometric Zr, B4C, C and Si powder mixtures with and without Ni addition at 40 MPa, 1600 degrees C for 60 min. Nickel, a common additive to promote densification, is shown not to be essential; the presence of an ultra-fine microstructure containing a transient plastic ZrC phase is suggested to play a key role at low temperatures, while a transient liquid phase may be responsible at temperatures above 1350 degrees C. Hot Pressing of non-stoichiometric mixture of Zr, B4C and Si at 40 MPa, 1600 degrees C for 30 min resulted in ZrB2-ZrCx-SiC (15 vol%) composites of similar to 98% RD.

The photostability of wool doped with photocatalytic titanium dioxide

Photoyellowing of wool is a serious problem for the wool industry. This study assessed the role of photocatalytic nanocrystalline titanium dioxide (P-25) as a potential antagonist or catalyst in the photoyellowing of wool. Untreated, bleached and bleached and fluorescent-whitened wool slivers were processed into fine wool powders for the purpose of even and intimate mixing with the TiO2 nanoparticles in the solid state. Pure wool and wool/TiO2 mixtures were then compressed into solid discs for a photoyellowing study under simulated sunlight and under UVB and UVC radiations. Yellowness and photo-induced chemiluminescence (PICL) measurements showed that nanocrystalline TiO2 could effectively reduce the rate of photoyellowing by inhibiting free radical generation in doped wool, and that a higher concentration of TiO2 contributed to a lower rate of photooxidation and reduced photoyellowing. Hence nanocrystalline TiO2 acts primarily as a UV absorber on wool in dry conditions and not as a photocatalyst.

SEMI-SYNTHETIC MATERIAL

The invention relates to a modified ultra-fine natural fibre powder for use in a melt forming process for the preparation of a semi-synthetic material, the powder including particles of a natural fibre modified to improve the heat stability of the natural fibre powder particles during said melt forming process. The invention also relates to a semi-synthetic material including a modified ultra-fine natural fibre powder and a synthetic polymer component.

Semi-synthetic material

The invention relates to a modified ultra-fine natural fibre powder for use in a melt forming process for the preparation of a semi-synthetic material, the powder including particles of a natural fibre modified to improve the heat stability of the natural fibre powder particles during said melt forming process. The invention also relates to a semi-synthetic material including a modified ultra-fine natural fibre powder and a synthetic polymer component.

Wool powders used as sorbents to remove Co2+ ions from aqueous solution

The Co2+ sorption of two wool powders was investigated using its radioisotope 57Co (T1/2=271.8 days and γ=122.1 and 136.5 keV) as a tracer. The effects of the type of buffer, the pH value, the contact time and the initial concentration of Co2+ on the sorption behaviour of wool powders were studied. The Co2+ releasing ability of wool powders and the re-use of wool powders to sorb Co2+ were also examined. The optimum sorption of Co2+ by the powders occurred at pH 8 in phosphate buffer and pH 10 in ammonium sulphate buffer. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to study the changes in chemical structure of the wool after exposure to both buffer solutions. Compared to the untreated wool fibre, the fine wool powders showed rapid sorption rates and high sorption capacities for Co2+. Co2+ ions were recovered after exposing the Co2+ loaded wool to HCl (0.1 M) and buffer at pH 3 (glycine/sodium chloride). After releasing Co2+ ions from wool powders, the efficiency of wool powders re-used to sorb Co2+ was 80% of that of the fresh wool powders. It is concluded from this study that wool powder can be used as an efficient sorbent to remove and release Co2+ from solution.

Protein fibre powder and new applications

Protein fibers such as silk and wool have been used as textile fibers for centuries. It is only in recent years that these fibers have been converted into fine powder forms for non-textile applications. This presentation will cover our recent research in protein fiber powders. Ultra-fine powders from different protein fibers have been produced using a combination of media and non media milling techniques. New application examples of these fine powders are discussed. These applications include hybrid fibers combining the advantages of natural and synthetic polymer fibers, tissue engineering composite scaffolds with enhanced biomechanical properties, and metal ion absorption.

Positron annihilation lifetime spectroscopy of mechanically milled protein fibre powders and their free volume aspects

The present study reports the fabrication of ultra-fine powders from animal protein fibres such as cashmere guard hair, merino wool and eri silk along with their free volume aspects. The respectively mechanically cleaned, scoured and degummed cashmere guard hair, wool and silk fibres were converted into dry powders by a process sequence: Chopping, Attritor Milling, and Spray Drying. The fabricated protein fibre powders were characterised by scanning electron microscope, particle size distribution and positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS). The PALS results indicated that the average free volume size in protein fibres increased on their wet mechanical milling with a decrease in the corresponding intensities leading to a resultant decrease in their fractional free volumes.

Review on fabrication and applications of ultrafine particles from animal protein fibres

Protein fibre wastes from animal hairs, feathers and insect secreted filaments can be aptly utilized by converting them into ultra-fine particles. Particles from animal protein fibres present large surface-to-weight ratio and significantly enhanced surface reactivity, that have opened up novel applications in both textile and non-textile fields. This review article summarizes the state-of-the-art routes to fabricate ultrafine particles from animal protein fibres, including direct route of mechanical milling of fibres and indirect route from fibre proteins. Ongoing research trends in novel applications of protein fibre particles in various fields, such as biomedical science, environmental protection and composite structures are presented. © 2014 The Korean Fiber Society and Springer Science+Business Media Dordrecht.

Development of ultra-high-performance concrete (UHPC) using waste glass materials ─ towards innovative eco-friendly concrete

Le béton conventionnel (BC) a de nombreux problèmes tels que la corrosion de l’acier d'armature et les faibles résistances des constructions en béton. Par conséquent, la plupart des structures fabriquées avec du BC exigent une maintenance fréquent. Le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) peut être conçu pour éliminer certaines des faiblesses caractéristiques du BC. Le BFUP est défini à travers le monde comme un béton ayant des propriétés mécaniques, de ductilité et de durabilité supérieures. Le BFUP classique comprend entre 800 kg/m³ et 1000 kg/m³ de ciment, de 25 à 35% massique (%m) de fumée de silice (FS), de 0 à 40%m de poudre de quartz (PQ) et 110-140%m de sable de quartz (SQ) (les pourcentages massiques sont basés sur la masse totale en ciment des mélanges). Le BFUP contient des fibres d'acier pour améliorer sa ductilité et sa résistance aux efforts de traction. Les quantités importantes de ciment utilisées pour produire un BFUP affectent non seulement les coûts de production et la consommation de ressources naturelles comme le calcaire, l'argile, le charbon et l'énergie électrique, mais affectent également négativement les dommages sur l'environnement en raison de la production substantielle de gaz à effet de serre dont le gas carbonique (CO[indice inférieur 2]). Par ailleurs, la distribution granulométrique du ciment présente des vides microscopiques qui peuvent être remplis avec des matières plus fines telles que la FS. Par contre, une grande quantité de FS est nécessaire pour combler ces vides uniquement avec de la FS (25 à 30%m du ciment) ce qui engendre des coûts élevés puisqu’il s’agit d’une ressource limitée. Aussi, la FS diminue de manière significative l’ouvrabilité des BFUP en raison de sa surface spécifique Blaine élevée. L’utilisation du PQ et du SQ est également coûteuse et consomme des ressources naturelles importantes. D’ailleurs, les PQ et SQ sont considérés comme des obstacles pour l’utilisation des BFUP à grande échelle dans le marché du béton, car ils ne parviennent pas à satisfaire les exigences environnementales. D’ailleurs, un rapport d'Environnement Canada stipule que le quartz provoque des dommages environnementaux immédiats et à long terme en raison de son effet biologique. Le BFUP est généralement vendu sur le marché comme un produit préemballé, ce qui limite les modifications de conception par l'utilisateur. Il est normalement transporté sur de longues distances, contrairement aux composantes des BC. Ceci contribue également à la génération de gaz à effet de serre et conduit à un coût plus élevé du produit final. Par conséquent, il existe le besoin de développer d’autres matériaux disponibles localement ayant des fonctions similaires pour remplacer partiellement ou totalement la fumée de silice, le sable de quartz ou la poudre de quartz, et donc de réduire la teneur en ciment dans BFUP, tout en ayant des propriétés comparables ou meilleures. De grandes quantités de déchets verre ne peuvent pas être recyclées en raison de leur fragilité, de leur couleur, ou des coûts élevés de recyclage. La plupart des déchets de verre vont dans les sites d'enfouissement, ce qui est indésirable puisqu’il s’agit d’un matériau non biodégradable et donc moins respectueux de l'environnement. Au cours des dernières années, des études ont été réalisées afin d’utiliser des déchets de verre comme ajout cimentaire alternatif (ACA) ou comme granulats ultrafins dans le béton, en fonction de la distribution granulométrique et de la composition chimique de ceux-ci. Cette thèse présente un nouveau type de béton écologique à base de déchets de verre à ultra-hautes performances (BEVUP) développé à l'Université de Sherbrooke. Les bétons ont été conçus à l’aide de déchets verre de particules de tailles variées et de l’optimisation granulaire de la des matrices granulaires et cimentaires. Les BEVUP peuvent être conçus avec une quantité réduite de ciment (400 à 800 kg/m³), de FS (50 à 220 kg/m³), de PQ (0 à 400 kg/m³), et de SQ (0-1200 kg/m³), tout en intégrant divers produits de déchets de verre: du sable de verre (SV) (0-1200 kg/m³) ayant un diamètre moyen (d[indice inférieur 50]) de 275 µm, une grande quantité de poudre de verre (PV) (200-700 kg/m³) ayant un d50 de 11 µm, une teneur modérée de poudre de verre fine (PVF) (50-200 kg/m³) avec d[indice inférieur] 50 de 3,8 µm. Le BEVUP contient également des fibres d'acier (pour augmenter la résistance à la traction et améliorer la ductilité), du superplastifiants (10-60 kg/m³) ainsi qu’un rapport eau-liant (E/L) aussi bas que celui de BFUP. Le remplacement du ciment et des particules de FS avec des particules de verre non-absorbantes et lisse améliore la rhéologie des BEVUP. De plus, l’utilisation de la PVF en remplacement de la FS réduit la surface spécifique totale nette d’un mélange de FS et de PVF. Puisque la surface spécifique nette des particules diminue, la quantité d’eau nécessaire pour lubrifier les surfaces des particules est moindre, ce qui permet d’obtenir un affaissement supérieur pour un même E/L. Aussi, l'utilisation de déchets de verre dans le béton abaisse la chaleur cumulative d'hydratation, ce qui contribue à minimiser le retrait de fissuration potentiel. En fonction de la composition des BEVUP et de la température de cure, ce type de béton peut atteindre des résistances à la compression allant de 130 à 230 MPa, des résistances à la flexion supérieures à 20 MPa, des résistances à la traction supérieure à 10 MPa et un module d'élasticité supérieur à 40 GPa. Les performances mécaniques de BEVUP sont améliorées grâce à la réactivité du verre amorphe, à l'optimisation granulométrique et la densification des mélanges. Les produits de déchets de verre dans les BEVUP ont un comportement pouzzolanique et réagissent avec la portlandite générée par l'hydratation du ciment. Cependant, ceci n’est pas le cas avec le sable de quartz ni la poudre de quartz dans le BFUP classique, qui réagissent à la température élevée de 400 °C. L'addition des déchets de verre améliore la densification de l'interface entre les particules. Les particules de déchets de verre ont une grande rigidité, ce qui augmente le module d'élasticité du béton. Le BEVUP a également une très bonne durabilité. Sa porosité capillaire est très faible, et le matériau est extrêmement résistant à la pénétration d’ions chlorure (≈ 8 coulombs). Sa résistance à l'abrasion (indice de pertes volumiques) est inférieure à 1,3. Le BEVUP ne subit pratiquement aucune détérioration aux cycles de gel-dégel, même après 1000 cycles. Après une évaluation des BEVUP en laboratoire, une mise à l'échelle a été réalisée avec un malaxeur de béton industriel et une validation en chantier avec de la construction de deux passerelles. Les propriétés mécaniques supérieures des BEVUP a permis de concevoir les passerelles avec des sections réduites d’environ de 60% par rapport aux sections faites de BC. Le BEVUP offre plusieurs avantages économiques et environnementaux. Il réduit le coût de production et l’empreinte carbone des structures construites de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) classique, en utilisant des matériaux disponibles localement. Il réduit les émissions de CO[indice inférieur 2] associées à la production de clinkers de ciment (50% de remplacement du ciment) et utilise efficacement les ressources naturelles. De plus, la production de BEVUP permet de réduire les quantités de déchets de verre stockés ou mis en décharge qui causent des problèmes environnementaux et pourrait permettre de sauver des millions de dollars qui pourraient être dépensés dans le traitement de ces déchets. Enfin, il offre une solution alternative aux entreprises de construction dans la production de BFUP à moindre coût.

The photostability of wool doped with photocatalytic titanium dioxide nanoparticles

Photoyellowing of wool is a serious problem for the wool industry. This study assessed the role of photocatalytic nanocrystalline titanium dioxide (P-25) as a potential antagonist or catalyst in the photoyellowing of wool. Untreated, bleached and bleached and fluorescent-whitened wool slivers were processed into fine wool powders for the purpose of even and intimate mixing with the TiO2 nanoparticles in the solid state. Pure wool and wool/TiO2 mixtures were then compressed into solid discs for a photoyellowing study under simulated sunlight and under UVB and UVC radiations. Yellowness and photo-induced chemiluminescence (PICL) measurements showed that nanocrystalline TiO2 could effectively reduce the rate of photoyellowing by inhibiting free radical generation in doped wool, and that a higher concentration of TiO2 contributed to a lower rate of photooxidation and reduced photoyellowing. Hence nanocrystalline TiO2 acts primarily as a UV absorber on wool in dry conditions and not as a photocatalyst.

Synthesis, characterization of palygorskite supported zero-valent iron and its application for methylene blue adsorption

In this work, natural palygorskite impregnated with zero-valent iron (ZVI) was prepared and characterised. The combination of ZVI particles on surface of fibrous palygorskite can help to overcome the disadvantage of ultra-fine powders which may have strong tendency to agglomerate into larger particles, resulting in an adverse effect on both effective surface area and catalyst performance. There is a significant increase of methylene blue (MB) decolourized efficiency on acid treated palygorskite with ZVI grafted, within 5 mins, the concentration of MB in the solution was decreased from 94 mg/L to around 20 mg/L and the equilibration was reached at about 30 to 60 mins with only around 10 mg/L MB remained in solution. Changes in the surface and structure of prepared materials were characterized using X-ray diffraction (XRD), infrared (IR) spectroscopy, surface analysing and scanning electron microscopy (SEM) with element analysis and mapping. Comparing with zero-valent iron and palygorskite, the presence of zero-valent iron reactive species on the palygorskite surface strongly increases the decolourization capacity for methylene blue, and it is significant for providing novel modified clay catalyst materials for the removal of organic contaminants from waste water.