Electroless Ni-W-P Coating and Its Nano-WS2 Composite: Preparation and Properties

The ternary alloy Ni-W-P and its WS2 nanocomposite coatings were successfully obtained on low-carbon steel using the electroless plating technique. The sodium tungstate (Na2WO4) concentration in the bath was varied to obtain Ni-W-P deposits containing various Ni and P contents. WS2 composite was obtained with a suitable concentration of Na2WO4 in Ni-P coating. These deposits were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray analysis (EDX) studies. The corrosion behavior was investigated by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) studies in 3.5 wt % NaCl solutions, and the corrosion rates of the coatings for Ni-P, Ni-W-P, and Ni-W-P-WS2 were found to be 2.571 x 10(-5), 8.219 x 10(-7), and 7.986 x 10(-7) g/h, respectively. An increase in the codeposition of alloying metal tungsten (W) enhanced the corrosion resistance and microhardness and changed the structure and morphology of the deposits. Incorporation of WS2 nanoparticles to Ni-W-P alloy coating reduced the coefficient of friction from 0.16 to 0.11 and also helped in improving the corrosion resistance of the coating further.

Development of high performance electroless Ni-P-HNT composite coatings

Halloysite nanotubes (HNTs) of the dimension 50nm x 1-3 mu m (diameter x length) are utililized to fabricate the alloy composite by employing electroless/autocatalytic deposition technique. Electroless Ni-P-HNT binary alloy composite coatings are prepared successfully on low carbon steel. These nanotubes were made to get inserted/incorporated into nickel matrix and corresponding composites are examined for their electrochemical, mechanical and tribological performances and compared with that of plain Ni-P. The coatings were characterized using scanning electron microscopy (SEM) and Energy dispersive X-ray analysis (EDX) techniques to analyze surface nature and composition correspondingly. Small amount of incorporated HNTs made Ni-P deposits appreciable enhancement and betterment in corrosion resistance, hardness and friction resistance. This drastic improvement in the properties reflects the effect of addition of HNTs into Ni-P matrix leading to the development of high performance Ni-P-HNT composite coatings. (C) 2012 Elsevier B. V. All rights reserved.

Three-Dimensional Modeling of Heat Transfer and Fluid Flow in Laminar-Plasma Material Re-Melting Processing

Modeling study is performed concerning the heat transfer and fluid flow for a laminar argon plasma jet impinging normally upon a flat workpiece exposed to the ambient air. The diffusion of the air into the plasma jet is handled by using the combined-diffusion-coefficient approach. The heat flux density and jet shear stress distributions at the workpiece surface obtained from the plasma jet modeling are then used to study the re-melting process of a carbon steel workpiece. Besides the heat conduction within the workpiece, the effects of the plasma-jet inlet parameters (temperature and velocity), workpiece moving speed, Marangoni convection, natural convection etc. on the re-melting process are considered. The modeling results demonstrate that the shapes and sizes of the molten pool in the workpiece are influenced appreciably by the plasma-jet inlet parameters, workpiece moving speed and Marangoni convection. The jet shear stress manifests its effect at higher plasma-jet inlet velocities, while the natural convection effect can be ignored. The modeling results of the molten pool sizes agree reasonably with available experimental data.

An Improved Energy Method For Determining Young'S Modulus By Instrumented Indentation Using A Berkovich Tip

We previously proposed a method for estimating Young's modulus from instrumented nanoindentation data based on a model assuming that the indenter had a spherical-capped Berkovich geometry to take account of the bluntness effect. The method is now further improved by releasing the constraint on the tip shape, allowing it to have a much broader arbitrariness to range from a conical-tipped shape to a flat-ended shape, whereas the spherical-capped shape is just a special case in between. This method requires two parameters to specify a tip geometry, namely, a volume bluntness ratio V-r and a height bluntness ratio h(r). A set of functional relationships correlating nominal hardness/reduced elastic modulus ratio (H-n/E-r) and elastic work/total work ratio (W-e/W) were established based on dimensional analysis and finite element simulations, with each relationship specified by a set of V-r and h(r). Young's modulus of an indented material can be estimated from these relationships. The method was shown to be valid when applied to S45C carbon steel and 6061 aluminum alloy.

Nonlinear fatigue damage model based on the residual strength degradation law

In this paper, a logarithmic expression to describe the residual strength degradation process is developed in order to fatigue test results for normalized carbon steel. The definition and expression of fatigue damage due to symmetrical stress with a constant amplitude are also given. The expression of fatigue damage can also explain the nonlinear properties of fatigue damage. Furthermore, the fatigue damage of structures under random stress is analyzed, and an iterative formula to describe the fatigue damage process is deduced. Finally, an approximate method for evaluating the fatigue life of structures under repeated random stress blocking is presented through various calculation examples.

Collective evolution characteristics and computer simulation of short fatigue cracks

Fatigue testing was conducted using a kind of triangular isostress specimen to obtain the short-fatigue-crack behaviour of a weld low-carbon steel. The experimental results show that short cracks continuously initiate at slip bands within ferrite grain domains and the crack number per unit area gradually increases with increasing number of fatigue cycles. The dispersed short cracks possess an orientation preference, which is associated with the crystalline orientation of the relevant slip system. Based on the observed collective characteristics, computer modelling was carried out to simulate the evolution process of initiation, propagation and coalescence of short cracks. The simulation provides progressive displays which imitate the appearance of experimental observations. The results of simulation indicate that the crack path possesses a stable value of fractal dimension whereas the critical value of percolation covers a wide datum band, suggesting that the collective evolution process of short cracks is sensitive to the pattern of crack site distribution.

A study of the mechanism of consolidating metal-powder under explosive-implosive shock-waves

A study of the two-dimensional flow pattern of particles in consolidation process under explosive-implosive shock waves has been performed to further understand the mechanism of shock-wave consolidation of metal powder, in which bunched low-carbon steel wires were used instead of powder. Pressure in the compact ranges from 6 to 30 GPa. Some wires were electroplated with brass, some pickled. By this means, the flow pattern at particle surfaces was observed. The interparticle bonding and microstructure have been investigated systematically for the consolidated specimens by means of optical and electron microscopy, as well as by microhardness. The experimental results presented here are qualitatively consistent with Williamson's numerical simulation result when particle arrangement is close packed, but yield more extensive information. The effect of surface condition of particle on consolidation quality was also studied in order to explore ways of increasing the strength of the compacts. Based on these experiments, a physical model for metal powder shock consolidation has been established.

An Instrumented Indentation Method for Young's Modulus Measurement with Accuracy Estimation

The relationships between indentation responses and Young's modulus of an indented material were investigated by employing dimensional analysis and finite element method. Three representative tip bluntness geometries were introduced to describe the shape of a real Berkovich indenter. It was demonstrated that for each of these bluntness geometries, a set of approximate indentation relationships correlating the ratio of nominal hardness/reduced Young's modulus H (n) /E (r) and the ratio of elastic work/total work W (e)/W can be derived. Consequently, a method for Young's modulus measurement combined with its accuracy estimation was established on basis of these relationships. The effectiveness of this approach was verified by performing nanoindentation tests on S45C carbon steel and 6061 aluminum alloy and microindentation tests on aluminum single crystal, GCr15 bearing steel and fused silica.

Avaliação da corrosão microbiológica do aço carbono 1020 em água do mar sintética na presença de bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) possuem um papel importante na corrosão de ligas metálicas expostas em hábitats marinhos, óleos e solos úmidos. A redução do sulfato por estas bactérias resulta na produção de H2S, podendo influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais. Neste trabalho, o comportamento da corrosão microbiológica no aço carbono AISI 1020 foi avaliada em meio Postgate C, na presença e na ausência de BRS, as quais foram isoladas da camada de ferrugem presente numa tubulação submersa da Baía de Guanabara RJ. A taxa de corrosão e o comportamento eletroquímico do aço nas duas condições foram investigados através dos métodos de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A formação do biofilme e dos produtos de corrosão na superfície do aço foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Em complementação, foi realizada a quantificação das BRS (planctônicas e sésseis) pelo método do número mais provável (NMP). A presença de BRS no meio ocasionou o deslocamento do potencial de corrosão para valores mais negativos em todos os tempos de ensaio estudados, indicando um aumento no processo corrosivo. Nos ensaios de perda de massa, a taxa de corrosão do aço carbono foi maior na ausência de BRS, provavelmente devido à formação de um biofilme na superfície do metal nos ensaios com inóculo, e a uma menor tendência de haver corrosão generalizada neste tipo de meio. As micrografias de MEV revelaram a presença de agregado celular na superfície do aço carbono durante o experimento, e a presença de pites profundos após remoção do biofilme, mostrando prevalência deste tipo de corrosão. Com 35 dias de ensaio, a densidade de corrente de corrosão aumentou na presença de BRS

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-tetrazol e sua aplicação como inibidor de corrosão para meio ácido

Polímeros heterocíclicos abrangem uma grande variedade de materiais, desde simples polímeros lineares sintetizados a partir de monômeros do tipo heterocíclicos vinílicos até polímeros altamente funcionalizados e reticulados. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos tetrazol em diferentes teores (1%, 2,5%, 5% e 10%). Os copolímeros de acrilonitrila e vinil-tetrazol obtidos foram caracterizados por FTIR e o seu comportamento térmico analisado por DSC e TGA. Os polímeros heterocíclicos foram avaliados como inibidores de corrosão para aço-carbono em meio ácido obtendo-se bons resultados e alcançando, em alguns casos, uma eficiência de inibição média superior a 70%

Estudo de adsorção de ácidos naftênicos a partir de correntes de hidrocarbonetos

Ácidos naftênicos correspondem à complexa mistura de ácidos carboxílicos presentes no petróleo, responsáveis diretamente pela sua acidez e pela sua corrosividade em fase líquida durante o refino. Tais compostos também estão presentes nas frações destiladas do petróleo, causando diversos problemas na qualidade final do produto. Uma possível forma de remover esses ácidos das frações destiladas é através da adsorção em materiais porosos. Contudo, os resultados até então apresentados indicam que resinas trocadoras de íons seriam os melhores adsorventes destes compostos, o que poderia aumentar o custo do processo e diminuir sua viabilidade. Neste trabalho, dois adsorventes comerciais (argila e alumina ativada) foram caracterizados por diversas técnicas físico-químicas e avaliados quanto à sua capacidade de remover os ácidos naftênicos de frações médias e pesadas de petróleo. Avaliou-se, ainda, para fins de comparação, o comportamento de ácidos naftênicos comerciais em óleos sintéticos preparados com óleo mineral. Em complementação, a corrosividade do aço carbono nos meios estudados foi também verificada. A argila apresentou maior afinidade com os ácidos naftênicos, tendo capacidade de adsorção superior e cinética de processo ligeiramente mais rápida às da alumina para as cargas sintéticas. No entanto, em virtude da maior concorrência pelos sítios de adsorção, apresentada pelos outros componentes presentes em óleos reais, observou-se uma perda na eficiência para estas amostras. Neste caso, a alumina apresentou melhores resultados. Embora ambos adsorventes tenham apresentado boa capacidade de remoção do soluto, a resina trocadora de íons ainda apresentou resultado mais eficaz para as amostras reais. Nas condições desse estudo, a taxa de corrosão do aço nas amostras sintéticas e em duas das reais não foi significativa e apenas uma delas apresentou-se corrosiva (Óleo 1). No entanto, a remoção dos ácidos naftênicos por adsorção conseguiu reduzir a taxa de corrosão neste meio em até 99%

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

Modelagem numérica de elementos tracionados em aço inoxidável com parafusos defasados

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante.

La utilización del acero inoxidable en estructuras de hormigón armado en edificación.

[ES]El hormigón, y más concretamente las armaduras de hormigón, son usadas a diario en múltiples lugares. Estas armaduras son utilizadas en diversas estructuras, de las cuales se espera una duración relativamente larga; aún así, en ciertos ambientes, ciertos agentes, tales como el dióxido de carbono o los cloruros, consiguen atravesar el hormigón alcanzando las armaduras y reducir el pH del hormigón hasta el punto que el acero del interior queda despasivado. A partir de aquí, y debido mayormente al oxígeno, el acero se corroe, reduciendo drásticamente la vida de dichas armaduras y, por tanto, de las estructuras. Debido a esto, la utilización de armaduras de acero inoxidable, en lugar de las típicas de acero al carbono, está cobrando fuerza, a pesar de su mayor coste inicial. Su mayor resistencia a la corrosión en ambientes agresivos convierte al acero inoxidable en una opción a tener en cuenta para prolongar la vida de las estructuras que se encuentran en estos ambientes. En este trabajo se han comparado ambos tipos de aceros, en dos tipos de secciones diferentes, resaltando las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos, mayormente centrándose en la resistencia y el coste que tiene cada uno de ellos. Los resultados demuestran que el acero inoxidable supone una ventaja considerable en algunos ámbitos de uso, a pesar de que en otros el acero al carbono siga siendo más viable. A pesar de esto, queda claro que la evolución ascendente del uso de armaduras de acero inoxidable está de sobra justificada.

Avaliação do comportamento estrutural de subestações de energia elétrica com o uso do aço inoxidável.

A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção.