Ultra-low friction coefficient in alumina-silicon nitride pair lubricated with water

In a ball-on-disc wear test, an alumina ceramic body sliding against a silicon nitride ceramic body in water achieved an ultra-low friction coefficient (ULFC) of 0.004. The profilometer and EDX measurements indicated that the ULFC regime in this unmated Al2O3-Si3N4 pair was achieved because of the formation of a flat and smooth interface of nanometric roughness, which favored the hydrodynamic lubrication. The triboreactions formed silicon and aluminum hydroxides which contributed to decrease roughness and shear stress at the contact interface. This behavior enables the development of low energy loss water-based tribological systems using oxide ceramics. 13 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Densification and enhancement of the grain boundary conductivity of gadolinium-doped barium cerate by ultra fast flash grain welding

Doped barium cerate is a promising solid electrolyte for intermediate temperature fuel cells as a protonic conductor. However, it is difficult to sinter it to high density at a reasonable temperature. Moreover, it presents a high grain boundary resistivity at intermediate temperatures. Flash grain welding was applied to compacted samples, starting from a temperature of 910 degrees C and applying, for a short time, an ac electric polarization of 40 V, 1000 Hz. At that frequency, the resulting current flows through the grain boundaries promoting a welding via a local Joule heating. A large decrease of the grain boundary resistivity was observed by impedance spectroscopy. Scanning electron microscopy observations of polished and etched surfaces revealed highly sintered regions. Attempts were also made to combine flash grain welding with conventional sintering. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative study of classic friction among different archwire ligation systems

OBJECTIVE: To describe and compare three alternative methods for controlling classical friction: Self-ligating brackets (SLB), special brackets (SB) and special elastomeric ligatures (SEB). METHODS: The study compared Damon MX, Smart Clip, In-Ovation and Easy Clip self-ligating bracket systems, the special Synergy brackets and Morelli's twin bracket with special 8-shaped elastomeric ligatures. New and used Morelli brackets with new and used elastomeric ligatures were used as control. All brackets had 0.022 x 0.028-in slots. 0.014-in nickel-titanium and stainless steel 0.019 x 0.025-in wires were tied to first premolar steel brackets using each archwire ligation method and pulled by an Instron machine at a speed of 0.5 mm/minute. Prior to the mechanical tests the absence of binding in the device was ruled out. Statistical analysis consisted of the Kruskal-Wallis test and multiple non-parametric analyses at a 1% significance level. RESULTS: When a 0.014-in archwire was employed, all ligation methods exhibited classical friction forces close to zero, except Morelli brackets with new and old elastomeric ligatures, which displayed 64 and 44 centiNewtons, respectively. When a 0.019 x 0.025-in archwire was employed, all ligation methods exhibited values close to zero, except the In-Ovation brackets, which yielded 45 cN, and the Morelli brackets with new and old elastomeric ligatures, which displayed 82 and 49 centiNewtons, respectively. CONCLUSIONS: Damon MX, Easy Clip, Smart Clip, Synergy bracket systems and 8-shaped ligatures proved to be equally effective alternatives for controlling classical friction using 0.014-in nickel-titanium archwires and 0.019 x 0.025-in steel archwires, while the In-Ovation was efficient with 0.014-in archwires but with 0.019 x 0.025-in archwires it exhibited friction that was similar to conventional brackets with used elastomeric ligatures.

Friction and wear of performance of MoDTC and ester-containing lubrificants over steel surfaces under reciprocating conditions

Since the earliest developments of human history, friction has been a major issue. From the invention of the wheel and the use of the first lubricants to the studiesof coated and microtexturized surfaces, significant effort has been put on improvements that couldovercome the resistance to motion. Areview by Holmberg, Andersson and Erdemir[1] shows that, in an average passenger car, about one third of the total energy consumptionis due to friction losses. Of these, another one third is consumed in the engine system. The optimization of the lubricating oil formulation used ininternal combustion enginesis an important way to reduce friction, therefore improving energeticefficiencyand controllingemissions.Lubrication is also a way to assure the required protection to the system by maintaining wear rates in an adequate level, which helps to minimize maintenance costs.

Experimental Study on Friction between Saline Ice and Steel

Understanding the interaction of sea ice with offshore structures is of primary importance for the development of technology in cold climate regions. The rheological properties of sea ice (strength, creep, viscosity) as well as the roughness of the contact surface are the main factors influencing the type of interaction with a structure. A device was developed and designed and small scale laboratory experiments were carried out to study sea ice frictional interaction with steel material by means of a uniaxial compression rig. Sea-ice was artificially grown between a stainless steel piston (of circular cross section) and a hollow cylinder of the same material, coaxial to the former and of the same surface roughness. Three different values for the roughness were tested: 1.2, 10 and 30 μm Ry (maximum asperities height), chosen as representative values for typical surface conditions, from smooth to normally corroded steel. Creep tests (0.2, 0.3, 0.4 and 0.6 kN) were conducted at T = -10 ºC. By pushing the piston head towards the cylinder base, three different types of relative movement were observed: 1) the piston slid through the ice, 2) the piston slid through the ice and the ice slid on the surface of the outer cylinder, 3) the ice slid only on the cylinder surface. A cyclic stick-slip motion of the piston was detected with a representative frequency of 0.1 Hz. The ratio of the mean rate of axial displacement to the frequency of the stick-slip oscillations was found to be comparable to the roughness length (Sm). The roughness is the most influential parameter affecting the amplitude of the oscillations, while the load has a relevant influence on the their frequency. Guidelines for further investigations were recommended. Marco Nanetti - seloselo@virgilio.it

Produzione di compositi a matrice di alluminio con rinforzo particellare nanometrico

Le leghe di alluminio da fonderia rivestono un ruolo fondamentale in ambito industriale e in particolare il settore dei trasporti ha notevolmente incrementato il loro impiego per la realizzazione di componenti strutturali. Al fine di aumentare ulteriormente la resistenza specifica, tali leghe possono essere impiegate come matrici per lo sviluppo di compositi (Metal Matrix Composites, MMCs), le cui fasi di rinforzo possono avere diversa composizione, forma e dimensione. In particolare, nel caso di rinforzo particellare, più le particelle sono piccole e finemente disperse nella matrice, più elevato può essere l’incremento delle prestazioni meccaniche. In quest’ottica, la ricerca ha portato allo sviluppo dapprima di compositi caratterizzati da un rinforzo micrometrico e, in anni recenti, si sta concentrando sul rinforzo nanometrico (Metal Matrix Nano Composites, MMNCs). I nano-compositi possono essere ottenuti attraverso metodologie differenti: tecniche in situ, in cui il rinforzo viene generato all’interno della matrice attraverso opportune reazioni chimiche, e tecniche ex situ, in cui i dispersoidi vengono inseriti nella matrice fusa, una volta già formati. Sebbene l’incremento prestazionale ottenibile da tali materiali sia stato dimostrato, è necessario far fronte ad alcune problematiche connesse a ciascuna tecnologia produttiva quali, ad esempio, il controllo dei parametri di processo, per quanto riguarda le tecniche in situ, e l’ottenimento di una efficace dispersione delle nano-particelle all’interno della matrice, nel caso delle metodologie ex-situ. Lo scopo della presente attività di tesi è lo studio di fattibilità, basato anche su un’ampia indagine bibliografica, e l’implementazione di metodologie produttive, su scala di laboratorio, volte allo sviluppo di MMNCs a matrice in lega di alluminio (A356, Al-Si-Mg). L’interesse è stato posto in primo luogo sul processo in situ di gas bubbling, mirato all’ottenimento di rinforzo d’allumina, indotto dalla reazione tra matrice metallica e gas ossidante (in questo caso aria secca industriale). In secondo luogo, dal punto di vista delle tecniche ex situ, è stato approfondito l’aspetto della dispersione delle particelle di rinforzo nel fuso, prestando particolare attenzione alla tecnica di trattamento ultrasonico del metallo.

Sviluppo di sperimentazioni per la produzione di getti in lega di alluminio a caratteristiche difettologiche e microstrutturali controllate, per la validazione di modelli di previsione delle porosità

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati.