Electrochemical response of 70Co-30Ni highly branched 3D-dendritic structures for charge storage electrodes

A 70Co-30Ni dendritic alloy was produced on stainless steel by pulse electrodeposition in the cathodic domain, and oxidized by potential cycling. X-ray diffraction (XRD) identified the presence of two phases and scanning electron microscopy (SEM) evidenced an open 3D highly branched dendritic morphology. After potential cycling in 1 M KOH, SEM and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed, respectively, the presence of thin nanoplates, composed of Co and Ni oxi-hydroxides and hydroxides over the original dendritic film. Cyclic voltammetry tests showd the presence of redox peaks assigned to the oxidation and reduction of Ni and Co centres in the surface film. Charge/discharge measurements revealed capacity values of 121 mAh g(1) at 1 mA cm(2). The capacity retention under 8000 cycles was above 70%, stating the good reversibility of these redox materials and its suitability to be used as charge storage electrodes. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra, taken under different applied bias, showed that the capacitance increased when the electrode was fully oxidized and decreased when the electrode was reduced, reflecting different states-of-charge of the electrode. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of temperature on the shear strength of aluminium single lap bonded joints for high temperature applications

An experimental and numerical investigation into the shear strength behaviour of adhesive single lap joints (SLJs) was carried out in order to understand the effect of temperature on the joint strength. The adherend material used for the experimental tests was an aluminium alloy in the form of thin sheets, and the adhesive used was a high-strength high temperature epoxy. Tensile tests as a function of temperature were performed and numerical predictions based on the use of a bilinear cohesive damage model were obtained. It is shown that at temperatures below Tg, the lap shear strength of SLJs increased, while at temperatures above Tg, a drastic drop in the lap shear strength was observed. Comparison between the experimental and numerical maximum loads representing the strength of the joints shows a reasonably good agreement.

Preliminary study on the production of functionally graded materials by friction stir processing

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

DNA nanoprobes for molecular detection

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Biológica – especialidade Engenharia Genética, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Archaeometallurgical study of artefacts from Castro de Vila Nova de São Pedro (Azambuja, Portugal)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Conservação e Restauro

Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.

Influência dos Ciclos Térmicos na Soldadura do Aço GRAU 91- SA213 T91 / SA 335 P91

A indústria metalomecânica nacional possui uma larga tradição no fabrico de equipamentos de elevada qualidade nas mais diversas vertentes. Seja em moldes, colunas de geradores de energia eólica, torres de telecomunicações, equipamento para a agropecuária, básculas de camiões ou simplesmente em silos, a indústria metalomecânica portuguesa é reconhecida internacionalmente pela sua competitividade e qualidade. Sectores como o da maquinagem, estampagem e soldadura mantêm viva a economia nacional, exportando produtos e serviços de engenharia que são largamente reconhecidos pelas empresas estrangeiras, tanto na Europa como em África e na América. O sector da construção soldada teve sempre uma forte tradição no nosso país, conhecendo um novo impulso com o fabrico de estruturas metálicas para geradores de energia eólica e torres de telecomunicações. Atualmente esta indústria mantém viva a sua atividade devido a um forte ’know-how’ nesta matéria e a uma qualidade invejável. Apesar do forte ‘know-how’ já existente, esta indústria está constantemente a ser solicitada para novos desafios, passando pela necessidade da aplicação de novos materiais os quais trazem sempre requisitos específicos aos processos, necessitando ser estudados com pormenor. Este estudo baseia-se na necessidade de uma empresa industrial portuguesa precisar de realizar equipamentos em construção soldada com base em aço do tipo Cr-Mo, grau 91, cuja soldadura é tradicionalmente bastante complicada. A realização dos adequados tratamentos ao material, quer antes, quer depois da soldadura, são a garantia de que a qualidade final do produto atinge os níveis exigidos pelos clientes. Assim, o presente estudo, com uma forte componente experimental, permitiu determinar com sucesso quais as melhores condições para o ciclo térmico na soldadura que podem ser aplicadas a esta liga, para que os resultados obtidos possam exibir a qualidade desejada.

Production of aluminium based composites reinforced with embedded NiTi by friction stir welding

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Archaeometallurgical study of the Proto-historic collection of Moinhos de Golas (North Portugal): a forecast for technological changes?

This work presents the archaeometallurgical study of a group of metallic artefacts found in Moinhos de Golas site, Vila Real (North of Portugal), that can generically be attributed to Proto-history (1st millennium BC, Late Bronze Age and Iron Age). The collection is composed by 35 objects: weapons, ornaments and tools, and others of difficult classification, as rings, bars and one small thin bent sheet. Some of the objects can typologically be attributed to Late Bronze Age, others are of more difficult specific attribution. The archaeometallurgical study involved x-ray digital radiography, elemental analysis by micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, microstructural observations by optical microscopy and scanning electron microscopy. The radiographic images revealed structural heterogeneities frequently related with the degradation of some artefacts and the elemental analysis showed that the majority of the artefacts was produced in a binary bronze alloy (Cu-Sn) (73%), being others produced in copper (15%) and three artefacts in brass (Cu-Zn(-Sn-Pb)). Among each type of alloy there’s certain variability in the composition and in the type of inclusions. The microstructural observations revealed that the majority of the artefacts suffered cycles of thermo-mechanical processing after casting. The diversity of metals/alloys identified was a discovery of great interest, specifically due to the presence of brasses. Their presence can be interpreted as importations related to the circulation of exogenous products during the Proto-history and/or to the deposition of materials during different moments at the site, from the transition of Late Bronze Age/Early Iron Age (Orientalizing period) onwards, as during the Roman period.

The early metallurgy in Southwestern Iberia: metals from the Chalcolithic Settlement of São Pedro (Redondo)

Archaeological excavations carried out in the archaeological site of São Pedro (Southern Portugal) revealed a Chalcolithic settlement occupied in different moments of the 3rd millennium BC. The material culture recovered includes different types of materials, such as ceramics, lithics and metals. The later comprises about 30 artefacts with different typologies such as tools (e.g. awls, chisels and a saw) and weapons (e.g. daggers and arrowheads) mostly belonging to the 2nd and 3rd quarter of the 3rd millennium BC. In the present work the collection of chalcolithic metallic artefacts recovered in São Pedro was characterized. Analytical studies involved micro energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (micro-EDXRF) to determine elemental composition, together with optical microscopy and Vickers microhardness testing for microstructural characterisation and hardness determination. Main results show copper with variable amounts of arsenic and very low content of other impurities, such as iron. Moreover, nearly half of the collection is composed by arsenical copper alloys (As > 2 wt.%) and an association was found between arsenic content and typology since the weapons group (mostly daggers) present higher values than tools (mostly awls). These results suggest some criteria in the selection of arsenic-rich copper ores or smelting products. Furthermore, after casting an artefact would have been hammered, annealed and sometimes, finished with a hammering operation. Additionally, microstructural variations in this collection reveal somewhat different operational conditions during casting, annealing and forging, as expected in such a primitive metallurgy. Moreover the operational sequence seems to be used to achieve the required shape to the object, rather than to intentionally make the alloy harder. Overall, this study suggests that Chalcolithic metallurgists might have a poor control of the addition of arsenic and/or were unable to use this element to increase the hardness of tools and weapons. Finally, the compositions, manufacturing processes and hardness were compared to those from neighbouring regions and different chronological periods.

Parallelization of kinetic Monte Carlo algorithm to simulate AL3Sc precipitation

The present paper reports the precipitation process of Al3Sc structures in an aluminum scandium alloy, which has been simulated with a synchronous parallel kinetic Monte Carlo (spkMC) algorithm. The spkMC implementation is based on the vacancy diffusion mechanism. To filter the raw data generated by the spkMC simulations, the density-based clustering with noise (DBSCAN) method has been employed. spkMC and DBSCAN algorithms were implemented in the C language and using MPI library. The simulations were conducted in the SeARCH cluster located at the University of Minho. The Al3Sc precipitation was successfully simulated at the atomistic scale with the spkMC. DBSCAN proved to be a valuable aid to identify the precipitates by performing a cluster analysis of the simulation results. The achieved simulations results are in good agreement with those reported in the literature under sequential kinetic Monte Carlo simulations (kMC). The parallel implementation of kMC has provided a 4x speedup over the sequential version.

Analysis of polydicyclopentadiene-metal hybrid adhesive joints for automotive exterior body applications

An exterior body panel solution containing a polydicyclopentadiene skin attached to an interior metallic reinforcement through adhesive bonding is being studied to be applied in the MobiCar bonnet. With this solution is expected to achieve lightness, adequate structural integrity and cost-efficiency. However, there is uncertainty regarding to the bonnet adhesiveness since different metallic materials and adhesive types are being considered for its development. Thus, in this paper, several samples are tested through shear loading with the aim of understanding the loading magnitude expected by using polydicyclopentadiene, steel DC04+ZE and aluminum alloy AW5754-H111 as substrates adhesively bonded by an epoxy or a methacrylate. Methacrylate adhesive have shown greater shear strength in all types of adhesive joints. PDCPD joints presented the highest displacements. Surface degradation was considered adequate over abrading once none strength difference was seen between the different surface treatments. Steel treated by cataphoresis has shown the highest joint interface strength.

Otimização dos parâmetros de processamento em Laser Melting

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Mechanical, fatigue and wear properties of sintered Carbon Nanotube-based functionally graded materials

Tese de Doutoramento Engenharia Mecânica

Avaliação da camada intermetálica em placas de circuito impresso com acabamento superficial HASL com diferentes processos de soldagem

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais