Developing and characterizing bulk metallic glasses for extreme applications

Metallic glasses have typically been treated as a “one size fits all” type of material. Every alloy is considered to have high strength, high hardness, large elastic limits, corrosion resistance, etc. However, similar to traditional crystalline materials, properties are strongly dependent upon the constituent elements, how it was processed, and the conditions under which it will be used. An important distinction which can be made is between metallic glasses and their composites. Charpy impact toughness measurements are performed to determine the effect processing and microstructure have on bulk metallic glass matrix composites (BMGMCs). Samples are suction cast, machined from commercial plates, and semi-solidly forged (SSF). The SSF specimens have been found to have the highest impact toughness due to the coarsening of the dendrites, which occurs during the semi-solid processing stages. Ductile to brittle transition (DTBT) temperatures are measured for a BMGMC. While at room temperature the BMGMC is highly toughened compared to a fully glassy alloy, it undergoes a DTBT by 250 K. At this point, its impact toughness mirrors that of the constituent glassy matrix. In the following chapter, BMGMCs are shown to have the capability of being capacitively welded to form single, monolithic structures. Shear measurements are performed across welded samples, and, at sufficient weld energies, are found to retain the strength of the parent alloy. Cross-sections are inspected via SEM and no visible crystallization of the matrix occurs.

Next, metallic glasses and BMGMCs are formed into sheets and eggbox structures are tested in hypervelocity impacts. Metallic glasses are ideal candidates for protection against micrometeorite orbital debris due to their high hardness and relatively low density. A flat single layer, flat BMG is compared to a BMGMC eggbox and the latter creates a more diffuse projectile cloud after penetration. A three tiered eggbox structure is also tested by firing a 3.17 mm aluminum sphere at 2.7 km/s at it. The projectile penetrates the first two layers, but is successfully contained by the third.

A large series of metallic glass alloys are created and their wear loss is measured in a pin on disk test. Wear is found to vary dramatically among different metallic glasses, with some considerably outperforming the current state-of-the-art crystalline material (most notably Cu₄₃Zr₄₃Al₇Be₇). Others, on the other hand, suffered extensive wear loss. Commercially available Vitreloy 1 lost nearly three times as much mass in wear as alloy prepared in a laboratory setting. No conclusive correlations can be found between any set of mechanical properties (hardness, density, elastic, bulk, or shear modulus, Poisson’s ratio, frictional force, and run in time) and wear loss. Heat treatments are performed on Vitreloy 1 and Cu₄₃Zr₄₃Al₇Be₇. Anneals near the glass transition temperature are found to increase hardness slightly, but decrease wear loss significantly. Crystallization of both alloys leads to dramatic increases in wear resistance. Finally, wear tests under vacuum are performed on the two alloys above. Vitreloy 1 experiences a dramatic decrease in wear loss, while Cu₄₃Zr₄₃Al₇Be₇ has a moderate increase. Meanwhile, gears are fabricated through three techniques: electrical discharge machining of 1 cm by 3 mm cylinders, semisolid forging, and copper mold suction casting. Initial testing finds the pin on disk test to be an accurate predictor of wear performance in gears.

The final chapter explores an exciting technique in the field of additive manufacturing. Laser engineered net shaping (LENS) is a method whereby small amounts of metallic powders are melted by a laser such that shapes and designs can be built layer by layer into a final part. The technique is extended to mixing different powders during melting, so that compositional gradients can be created across a manufactured part. Two compositional gradients are fabricated and characterized. Ti 6Al¬ 4V to pure vanadium was chosen for its combination of high strength and light weight on one end, and high melting point on the other. It was inspected by cross-sectional x-ray diffraction, and only the anticipated phases were present. 304L stainless steel to Invar 36 was created in both pillar and as a radial gradient. It combines strength and weldability along with a zero coefficient of thermal expansion material. Only the austenite phase is found to be present via x-ray diffraction. Coefficient of thermal expansion is measured for four compositions, and it is found to be tunable depending on composition.

Fabricación de Blisks aeronáuticos mediante electroerosión (EDM)

[ES]En el mundo de la aeronáutica cada vez más se utilizan materiales de alta dureza y baja maquinabilidad. Por ello la necesidad de utilización de métodos de fabricación no convencionales de mecanizado. Para la fabricación de los Blisks, la electroerosión resulta un proceso ventajoso frente a otros procesos. En este trabajo se va llevar a cabo las etapas de puesta a punto de utillajes, mecanizado y control dimensional de los álabes mecanizados.

Effect of pressure on mechanical behavior of filled elastomers

The Young's modulus, stress-strain curves, and failure properties of glass bead-filled EPDM vulcanizates were studied under superposed hydrostatic pressure. The glass bead-filled EPDM was employed as a representation of composite systems, and the hydrostatic pressure controls the filler-elastomer separation under deformation. This separation shows up as a volume change of the system, and its infuence is reflected in the mechanical behavior as a reinforcing effect of variable degree.

The strain energy stored in the composite system in simple tension was calculated by introducing a model which is described as a cylindrical block of elastomer with two half spheres of filler on each end with their centers on the axis of the cylinder. In the derivation of the strain energy, assumptions were made to obtain the strain distribution in the model, and strain energy-strain relation for the elastomer was also assumed. The derivation was carried out for the case of no filler-elastomer separation and was modified to include the case of filler-elastomer separation.

The resulting strain energy, as a function of stretch ratio and volume of the system, was used to obtain stress-strain curves and volume change-strain curves of composite systems under superposed hydrostatic pressure.

Changes in the force and the lateral dimension of a ring specimen were measured as it was stretched axially under a superposed hydrostatic pressure in order to calculate the mechanical properties mentioned above. A tensile tester was used which is capable of sealing the whole system to carry out a measurement under pressure. A thickness measuring device, based on the Hall effect, was built for the measurement of changes in the lateral dimension of a specimen.

The theoretical and experimental results of Young's modulus and stress-strain curves were compared and showed fairly good agreement.

The failure data were discussed in terms of failure surfaces, and it was concluded that a failure surface of the glass-bead-filled EPDM consists of two cones.

Avaliação da influência de diferentes óleos extensores com baixo teor de policíclicos aromáticos nas propriedades da borracha à base butadieno e estireno (SBR)

O óleo extensor normalmente empregado em copolímeros à base de butadieno e estireno ( borracha SBR) da série 1712 é o extrato aromático (DAE). Nesta Dissertação, esse óleo foi substituído por óleos com baixos teores de policíclicos aromáticos em formulações de SBR. Esta substituição se deu em atendimento a Regulamentação REACH (EC No1907/2006 do Parlamento Europeu e do Conselho de 18 de Dezembro de 2006, Anexo XVII) que determina que a soma de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos individuais (PAHs) deve ser abaixo de 10 mg/kg e o teor de benzo(a)pireno (BaP) não deve exceder 1 mg/kg. Os óleos empregados foram o extrato aromático residual tratado (TRAE) e dois óleos naftênicos de fornecedores diferentes (HN1 e HN2). As composições de SBR estendidas em DAE, TRAE, HN1 e HN2 tiveram suas propriedades térmicas avaliadas por análise termogravimétrica (TG) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). As propriedades físicas foram determinadas por ensaios de tração, dureza, resistência à abrasão e resiliência. Foram ainda avaliadas as propriedades reométricas e reológicas, por viscosidade e relaxação Mooney, respectivamente. Ao final os resultados demonstraram que é possível a substituição do óleo extensor por quaisquer dos óleos testados sem prejuízos nas propriedades estudadas

The growth of brown trout

An article discussing the factors affecting the rate of growth of brown trout, detailing the research udnertaken at Wray Castle, designed to clarify the influencing factors in different waters and investigate what would be required to increase their size. The article considers factors such as alkalinity, total hardness, the presence of coarse fish in the waterbodies and competition for food. Previous work undertaken on brown trout in Ireland by other authors is reviewed. A figure showing average growth rate of brown trout in five lakes, as determined from their scales (Lough Derg, Windermere, Loch Leven, Ullswater, Haweswater).

Síntese e caracterização de microesferas poliméricas reticuladas à base de poli(ácido metacrílico) contendo nanopartículas magnéticas de ferritas de manganês

As nanopartículas de ferritas de manganês (MnFe2O4) tem sido de grande interesse por causa de suas notáveis propriedades magnéticas doces (baixa coercividade e moderada magnetização de saturação) acompanhada com boa estabilidade química e dureza mecânica. A formação de materiais híbridos/compósito estabiliza as nanopartículas magnéticas (NPMs) e gera funcionalidades aos materiais. Entretanto, não foi encontrada na literatura uma discussão sobre a síntese e as propriedades de polímeros polares reticulados à base de ácido metacrílico contendo ferritas de manganês na matriz polimérica. Assim, o objetivo desta Dissertação foi produzir partículas esféricas poliméricas reticuladas, com boas propriedades magnéticas, à base de ácido metacrílico, estireno, divinilbenzeno e ferritas de manganês. Neste trabalho, foram sintetizados compósitos de ferrita de manganês (MnFe2O4) dispersa em copolímeros de poli(ácido-metacrílico-co-estireno-co-divinilbenzeno), via polimerização em suspensão e em semi-suspensão. Foram variados os teores de ferrita (1% e 5%) e a concentração do agente de suspensão (0,2% e 5%). Além disso, foram testadas sínteses contendo a fase orgânica pré-polimerizada, e também a mistura da ferrita na fase orgânica (FO), antes da etapa da polimerização em suspensão. Os copolímeros foram analisados quanto as suas morfologias - microscopia óptica; propriedades magnéticas e distribuição das ferritas na matriz polimérica - VSM, SEM e EDS-X; propriedades térmicas TGA; concentração de metais presentes na matriz polimérica absorção atômica. As ferritas foram avaliadas quanto à cristalografia XRD. A matriz polimérica foi avaliada pela técnica de FTIR. As amostras que foram pré-polimerizadas e as que além de pré-polimerizadas foram misturadas as ferritas de manganês na FO, apresentaram as melhores propriedades magnéticas e uma incorporação maior da ferrita na matriz polimérica. Essas rotas sintéticas fizeram com que os copolímeros não apresentassem aglomeração, e também minimizou a presença de ferritas na superfície das microesferas. Em geral, todos os copolímeros obtidos apresentaram as características de materiais magneticamente doces além do superparamagnetismo. Foi constatado que o aumento da concentração do PVA e a diminuição da concentração da ferrita fazem com que os diâmetros das microesferas decresçam. Os resultados de TGA e DTG mostraram que ao misturar as ferritas na FO, a concentração de material magnético na matriz polimérica aumenta cerca de 10%. Entretanto, somente a amostra PM2550, pré-polimerizada e com as ferritas misturadas na FO (5% de ferrita e 0,2% de PVA), apresentou potencial aplicação. Isso porque as ferritas não ficaram expostas na superfície das microesferas, ou seja, o material magnético fica protegido de qualquer ação externa

Utilização de óleos de origem vegetal em substituição aos derivados de petróleo em composições de borracha natural (NR)

A partir da publicação, em 1994, de um relatório que afirmava que a presença de óleos aromáticos pesados, com altos teores de compostos policíclicos, em formulações de borrachas estaria relacionada ao desenvolvimento de doenças como o câncer, associado ao fato da crescente conscientização ambiental na fabricação de produtos elastoméricos, foi iniciado um estudo sobre a substituição do óleo aromático de origem do petróleo por óleos vegetais de menor risco. Nessa Dissertação de Mestrado foi proposta a substituição do óleo aromático derivado do petróleo por óleos vegetais como o de tungue, palma e linhaça, em composições de borracha natural (NR) contendo diferentes teores do copolímero de butadieno-estireno (0, 10 e 50 phr) e diferentes tipos de carga (negro de fumo N330 e negro de fumo N375). As composições obtidas foram avaliadas quanto a propriedades reométricas, mecânicas e fractográficas. Foi observado que não houve variação significativa na viscosidade Mooney, na resistência à tração, no alongamento na ruptura e na dureza Shore das composições de NR SBR1502 quando o óleo aromático foi substituído pelos óleos vegetais, quando diferentes negros de fumo foram utilizados como carga reforçante e quando foram utilizados teores crescentes de SBR1502. Por outro lado, a resistência ao rasgamento das composições de NR SBR1502 apresentaram melhores resultados quando o negro de fumo N375 foi utilizado. A adição de teores crescentes de SR 1502 levou à diminuição dos valores de rasgo. A natureza do óleo utilizado influenciou esse resultado e melhores valores foram obtidos com o óleo de tungue. Os resultados obtidos foram corroborados pela morfologia do material, avaliadas por microscopia eletrônica de varredura

模块化蓝光光存储性能静态测试系统

蓝光光存储是信息存储领域发展的一个重要方向。测试系统是研究蓝光光存储材料的必备条件，为建立蓝光光存储研究平台，设计和搭建了一套模块化蓝光光存储性能静态测试系统。激光工作波长为406．7nm。系统采用调制解调技术降低系统噪声，提高测量粘度：采用光点移动模式降低对样品尺寸的要求；采用纳米平台提高记录点的反复定位性能。实验结果证明测试系统性能良好，可以满足蓝光光存储性能静态测试要求。

Influência da variação da intensidade de luz, para uma mesma exposição radiante, no comportamento mecânico de uma resina convencional e de uma resina de baixa contração

O presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da variação da intensidade de luz, para uma mesma exposição radiante, na resistência à flexão, na microdureza e na resistência à tração diametral de uma resina convencional e de uma resina de baixa contração. Para a confecção dos corpos de prova foram utilizadas as resinas Filtek Z250 (3M ESPE) e Filtek P90 LS (3M ESPE) fotoativadas por meio dos seguintes protocolos: Convencional (400mW/cm por 60 s), Média intensidade (700mW/cm por 34 s) e Alta intensidade (950mW/cm por 26 s). Todos os corpos de prova receberam a mesma exposição radiante de 24J/cm. A resistência à flexão foi avaliada por meio do ensaio de flexão três pontos. Para este ensaio foram confeccionados trinta corpos de prova de cada material (n=10) com dimensões de 10mm x 2mm x 1mm. A avaliação da microdureza Knoop foi obtida a partir de seis discos de cada resina com 5mm de diâmetro por 2mm de espessura (n=2), sendo realizadas cinco indentações em cada espécime. Trinta corpos de prova cílindricos de cada compósito (n=10) com 3mm de diâmetro por 6mm de altura foram confeccionados para a realização do teste de tração diametral. A análise estatística dos resultados obtidos foi realizada por meio do teste de análise de variância (ANOVA) e do teste de múltiplas comparações de Tukey (p < 0.05). A resistência à flexão da resina P90 não foi influenciada de forma significativa pelas diferentes formas de ativação, enquanto a Z250 obteve resultados significantemente maiores para o protocolo de alta intensidade em relação ao convencional. Em todas as intensidades de luz, os resultados da Z250 foram significativamente maiores que os da P90. A microdureza da resina P90 foi estatisticamente maior para o grupo de média intensidade em relação aos outros, já a Z250 não obteve resultados com diferença estatística em relação às formas de ativação. Para a mesma irradiância, a Z250 obteve maiores valores de microdureza do que a P90, com exceção para o protocolo de média intensidade em que não houve diferença estatística entre os materiais. Os valores de resistência à tração não foram influenciados de forma significativa nem pelas diferentes intensidades de luz, nem pelos materiais utilizados. A influência da variação da intensidade de luz depende do tipo de compósito utilizado e da propriedade mecânica avaliada.

Modelagem e otimização de experimentos para o tratamento térmico de recozimento: um estudo com o algoritmo simulated annealing

Esta dissertação apresenta um estudo da modelagem de experimentos aplicados a um processo industrial de tratamento térmico. A motivação deste trabalho surgiu diante das dificuldades associadas aos processos de recozimento industrial de aços do tipo baixa liga, na tentativa de encontrar temperaturas nas quais as durezas superficiais dos aços atingissem valores suficientemente baixos, adequados para etapas posteriores de fabricação, em especial a usinagem. Inicialmente forem realizados diversos experimentos com diferentes aços, onde a dureza superficial é obtida em função da temperatura de recozimento e dos teores de carbono e silício das amostras utilizadas. Em seguida propôs-se um modelo quadrático para modelar a dureza superficial como função dessas três variáveis. A estimação de parâmetros do modelo proposto foi realizada com o emprego do algoritmo Simulated Annealing, uma meta-heurística para otimização global que procura imitar o processo de recozimento de um material sólido. Finalmente, usando-se o modelo proposto, foi resolvido o chamado problema inverso, o qual consiste na estimação da temperatura de recozimento em função dos teores de carbono e silício e da dureza desejada.

Gogortasunaren estimazioa Barkhausen metodoaz.

[EU]Gradu amaierako lan hau merkatuan dauden kalitate kontroleko azterketa mota batzuen azterketan oinarritzen da, batez ere materialaren gainazaleko gogortasunaren azterketan metodo berri baten erabilpenaz. Metodo berri hau, metodo ez suntsikorra da eta Barkhausen soinuan oinarritzen da non gogortasunaren estimazio hurbildu bat egitea lortu nahi den. Lan honetan metodo berri honen inplantazioaren onurak eta berau zertan datzan azaltzen da etorkizunean materialaren gainazaleko gogortasunaren neurketan erabili ahal izateko enpresen onurarako kanlitateko kontroleko sailean.

Physical and thermal properties of P2O5-Al2O3-BaO-La2O3 glasses

The physical and thermal properties Of P2O5-Al2O3-BaO-La2O3 glasses were investigated. The effects of glass compositions on the transition temperature, thermal expansion coefficient, density, hardness and refractive index of glasses were studied. The highest hardness of the glasses is 4143.891 MPa and the lowest thermal expansion coefficient of the glasses is 71.770 x 10(-7)/&DEG; C. A phosphate glass with high mechanical strength and good thermal characteristic is obtained.

Effect of Al(PO3)(3) content on physical, chemical and optical properties of fluorophosphate glasses for 2 mu m application

The effect of Al(PO3)(3) content on physical, chemical and optical properties of fluorophosphate glasses for 2 mu m application, such as thermal stability, chemical durability, surface hardness, absorption spectra and emission spectra, is investigated. With the increment of Al(PO3)(3) content, the thermal stability characterized by the gap of T-g and T,, increases first and then decreases, and reaches the maximum level containing 5 mol% Al(PO3)(3) content. The density and chemical durability decrease monotonously with the introduction of Al(PO3)(3) content increasing, while the refractive index and surface hardness increase. Above properties of fluorophosphate glasses are also compared with fluoride glasses and phosphate glasses. The Judd-Ofelt parameters, absorption and emission cross sections are discussed based on the absorption spectra of Tm-doped glasses. The emission spectra are also measured and the 1.8 mu m fluorescence of the sample is obvious indicating that it is suitable to 2 mu m application. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of chromium intermediate layer on properties of silver coatings

Coatings with layer structures of Ag/glass, Ag/Cr/glass, and Ag/Cr-Ag/Cr/glass deposited with magnetron sputtering are investigated. The results indicate that the performance for reflectance, hardness, adherence, and humidity durability of the silver coatings with Ag/Cr/glass and Ag/Cr-Ag/Cr/glass structures are better than pure silver film. In addition, the silver coatings with an Ag/Cr-Ag/glass structure present more advantages than that of the Ag/Cr/glass. Reasons are analyzed accordingly. (C) 2004 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Viveiros de homens do mar: Escolas de Aprendizes-Marinheiros e as experiências formativas na Marinha Militar do Rio de Janeiro (1870-1910

O presente estudo aborda historicamente a formação elementar, profissional e militar dos aprendizes-marinheiros e aprendizes-artífices entre 1870 e 1910 na Marinha Militar do Brasil. Para compreender as experiências compartilhadas que os meninos e os jovens desenvolveram com os marinheiros nacionais e estrangeiros, com o oficialato e com os trabalhadores da cidade utilizamos o referencial teórico do historiador E.P. Thompson. A pesquisa sobre as Escolas de Aprendizes-Marinheiros e sua caracterização como uma instituição total e a análise de seus dispositivos disciplinares foi realizada com o aparato conceitual de Michel Foucault. As fontes históricas analisadas foram os Relatórios Ministeriais do Ministério da Marinha do período, os livros de ofícios do Arsenal de Marinha da Corte, o acervo da Revista Marítima Brasileira e documentos do Fundo/Coleção denominado Grupo de Identificação de Fundos Internos GIFI sob a guarda do Arquivo Nacional. Um dos objetivos foi compreender os fenômenos que envolveram essa instituição militar dentro das políticas de Estado no período localizado entre o fim da Guerra do Paraguai e a Revolta dos Marinheiros de 1910, e quais as mudanças qualitativas, contradições e conflitos na organização interna do trabalho concorreram para a produção de um modelo formativo dos futuros homens do mar. Buscamos compreender os mecanismos internos de recrutamento e controle dos sujeitos sociais dessa instituição permanente do Estado. A abordagem sobre o que seriam as experiências formativas dos aprendizes partiu da ideia de que a educação dos indivíduos acontecia em múltiplas dimensões da vida e não somente através de aulas ou programas de estudos oficiais, de compêndios ou de regras disciplinares repercutidas reiteradas vezes. Questões como o uso do tempo, o campo dos direitos como arena de conflitos, o dualismo no sistema educativo, a alimentação, o descanso, o alcoolismo, as deserções, as acomodações e as revoltas, compuseram a análise da formação dos meninos e jovens da Marinha. Verificamos como os embates em torno da temática da profissionalização e carreira, que passavam pelas discussões que envolviam aspectos como o mérito pessoal, a antiguidade e o bom comportamento interferiram na produção de uma consciência de direitos. Tudo isso fez parte das experiências formativas de meninos e rapazes daquela instituição chamada pelos oficiais de principal viveiro de homens do mar. Por fim, para entendermos aqueles chamados pelo referencial thompsoniano como os de baixo percorremos a dureza da hierarquia e disciplina militares e as concepções de mundo desenvolvidas a partir das classificações e apartações dos indivíduos pela raça, pela origem social, pela constituição física e pelo analfabetismo.