Evaluation of interface characterization and adhesion of glass ceramics to commercially pure titanium and gold alloy after thermal- and mechanical-loading

Objectives. This study evaluated the effect of thermal- and mechanical-cycling on the shear bond strength of three low-fusing glassy matrix dental ceramics to commercial pure titanium (cpTi) when compared to conventional feldspathic ceramic fused to gold alloy.Methods. Metallic frameworks (diameter: 5 min, thickness: 4 mm) (N = 96, n = 12 per group) were cast in cpTi and gold alloy, airborne particle abraded with 150 mu m aluminum oxide. Low-fusing glassy matrix ceramics and a conventional feldspathic ceramic were fired onto the alloys (thickness: 4mm). Four experimental groups were formed; Gr1 (control group): Vita Omega 900-Au-Pd alloy; Gr2: Ticeram-cpTi; Gr3: Super Porcelain Ti-22-cpTi and G4: Vita Titankeramik-cpTi. While half of the specimens from each ceramic-metal combination were randomly tested without aging (water storage at 37 C for 24h only), the other half were first thermocycled (6000 cycles, between 5 and 55 C, dwell time: 13 s) and then mechanically loaded (20,000 cycles under SON load, immersion in distilled water at 37 C). The ceramic-alloy interfaces were loaded under shear in a universal test machine (cross-head speed: 0.5 mm/min) until failure occur-red. Failure types were noted and the interfaces of the representative fractured specimens from each group were examined with stereo microscope and scanning electron microscope (SEM). in an additional study (N = 16, n = 2 per group), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis was performed from ceramic-alloy interfaces. Data were analyzed using ANOVA and Tukey's test.Results. Both ceramic-metal combinations (p < 0.001) and aging conditions (p < 0,001) significantly affected the mean bond strength values. Thermal- and mechanical-cycling decreased the bond strength (MPa) results significantly for Gr3 (33.4 +/- 4.2) and Gr4 (32.1 +/- 4.8) when compared to the non-aged groups (42.9 +/- 8.9, 42.4 +/- 5.2, respectively). Gr1 was not affected significantly from aging conditions (61.3 +/- 8.4 for control, 60.7 +/- 13.7 after aging) (p > 0.05). Stereomicroscope images showed exclusively adhesive failure types at the opaque ceramic-cpTi interfacial zone with no presence of ceramic on the substrate surface but with a visible dark titanium oxide layer in Groups 2-4 except Gr1 where remnants of bonder ceramic was visible. EDS analysis from the interfacial zone for cpTi-ceramic groups showed predominantly 34.5-85.1% O(2) followed by 1.1-36.7% Aland 0-36.3% Si except for Super Porcelain Ti-22 where a small quantity of Ba (1.4-8.3%), S (0.7%) and Sn (35.3%) was found. In the Au-Pd alloy-ceramic interface, 56.4-69.9% O(2) followed by 15.6-26.2% Si, 3.9-10.9% K, 2.8-6% Na, 4.4-9.6% Al and 0-0.04% Mg was observed.Significance. After thermal-cycling for 6000 times and mechanical-cycling for 20,000 times, Triceram-cpTi combination presented the least decrease among other ceramic-alloy combinations when compared to the mean bond strength results with Au-Pd alloy-Vita Omega 900 combination. (c) 2008 Academy of Dental Materials. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of molybdenum on the formation of Ti6Si2B in mechanically alloyed Ti-Mo-Si-B powders

This paper discusses on effect of molybdenum on the Ti6Si2B formation in mechanically alloyed and hot-pressed Ti-xMo-22Si-11B (x= 2, 5, 7 and 10 at%) alloys. High-energy ball milling and hot pressing were utilized to produce homogeneous and dense materials, which were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, electron dispersive spectrometry, and Vickers hardness. The excessive agglomeration during milling was more pronounced in Moricher powders, which was minimized with the formation of brittle phases. Hot pressing of mechanically alloyed Ti-xMo-22Si-11B powders produced dense samples containing lower pore amounts than 1%. Ti6Si2B was formed in microstructure of the hot-pressed Ti-2Mo-22Si-11B alloy only. In Mo-richer quaternary alloys, the Ti3Si and Ti5Si3 phases were preferentially formed during hot pressing. Oppositely to the ternary phase, the Ti3Si phase dissolved a significant Mo amount. Vickers hardness values were reduced in hot-pressed Ti-xMo-22Si-11B alloys containing larger Mo amounts, which were dissolved preferentially in Ti solid solution. © (2012) Trans Tech Publications, Switzerland.

Effects of high temperature plasma immersion ion implantation on wear resistance of Ti-Si-B sintered alloys

Although titanium and its alloys own good mechanical properties and excellent corrosion resistance, these materials present poor tribological properties for specific applications that require wear resistance. In order to produce wear-resistant surfaces, this work is aimed at achieving improvement of wear characteristics in Ti-Si-B alloys by means of high temperature nitrogen plasma immersion ion implantation (PIII). These alloys were produced by powder metallurgy using high energy ball milling and hot pressing. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction identified the presence of α-titanium, Ti6Si2B, Ti5Si3, TiB and Ti3Si phases. Wear tests were carried out with a ball-on-disk tribometer to evaluate the friction coefficient and wear rate in treated and untreated samples. The worn profiles were measured by visible light microscopy and examined by SEM in order to determine the wear rates and wear mechanisms. Ti-7.5Si-22.5B alloy presented the highest wear resistance amongst the untreated alloys produced in this work. High temperature PIII was effective to reduce the wear rate and friction coefficient of all the Ti-Si-B sintered alloys. © 2013 Elsevier B.V.

Efeito de teores de Zr sobre as propriedades mecânicas e elétricas de ligas Al-Ec-Si aplicadas na elaboração de ligas para Tx e Dx de energia elétrica

Este trabalho objetiva desenvolver uma análise da influência do Zr na modificação de características importantes em ligas de Al-EC-Si para aplicação como condutor de energia elétrica, almejando obter-se propriedades termorresistentes. Para a realização deste estudo, as ligas foram obtidas por fundição direta em lingoteira metálica em formato “U”, a partir do Al-EC, fixando-se na base o teor de 0,7% de Si, e em seguida, variando-se diferentes teores de Zr. Com o intuito de precipitar as partículas de segunda fase chamadas de dispersóides, que tem como principal característica a retenção da microestrutura deformada quando exposta a altas temperaturas, foi necessário submeter as ligas a um tratamento térmico de 310 ºC durante 24 horas afim de provocar o surgimento dos finos dispersóides de Al₃Zr. Foram estabelecidas duas etapas para obtenção dos resultados: A ETAPA I composta da solidificação, usinagem e deformações obtidas com as ligas, gerando os fios que foram utilizados em todos os ensaios. A ETAPA II repete os mesmos procedimentos adotados na ETAPA I, porém é feito um tratamento térmico de 310ºC por 24 horas antes da deformação. A caracterização das amostras dos fios de cada liga quanto à termorresistividade, que obedeceu a exigência da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), sendo submetidos à temperatura de 230 ºC por uma hora e foram feitos também tratamentos térmicos na temperatura de 310 e 390ºC, com a finalidade de se avaliar a estabilidade térmica das ligas estudadas. Verificou-se de maneira geral que teores crescentes de Zr provocam um refinamento de grão e aumentam o LRT e a estabilidade térmica da liga, tanto na ETAPA I quanto na ETAPA II. Foi observado ainda que na ETAPA I, a condutividade foi bastante afetada pelos teores de Zr, e que a inserção do tratamento térmico da ETAPA II melhorou a capacidade de conduzir energia elétrica na liga, particularmente para o diâmetro que sofreram maior deformação.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

The columnar to equiaxed transition of horizontal unsteady-state directionally solidified Al-Si alloys

Experiments were conducted to investigate the influence of thermal parameters on the columnar to equiaxed transition during the horizontal unsteady-state directional solidification of Al-Si alloys. The parameters analyzed include the heat transfer coefficients, growth rates, cooling rates, temperature gradients and composition. A combined theoretical and experimental approach is developed to determine the solidification thermal variables considered. The increasing solute content in Al-Si alloys was not found to affect significantly the experimental position of the CET which occurred for cooling rates in the range between 0.35 and 0.64 K/s for any of three alloy compositions examined. A comparative analysis between the results of this work and those from the literature proposed to analyze the CET during upward vertical solidification of Al-Si alloys is reported and the results have shown that the end of the columnar region during horizontal directional solidification is abbreviated as a result of about six times higher thermal gradient than that verified during upward unidirectional solidification of alloys investigated.

Efeito do Estrôncio (Sr) no tratamento de modificação do eutético da liga Al-1%Si

This study aimed to analyze the cooling curves, micro and macrograph alloy Al-1 %Si without the addition of strontium modifier and with the addition of the same. One of the ways of improving mechanical properties of alloy Al -Si is through the modification process. For the experiments two billets of the alloy Al-1%Si cast iron mold in a billet with addition of 0.02% strontium by weight, and the other billet without the addition of modifier were fused. In the solidification process of billet temperature was monitored and recorded every second for later plotting in Origin 8 program and analyzes the cooling curves obtained. The billets were cut and passed by grinding and polishing to perform the macrograph and micrographs. The results concerning the macrograph indicated that billet without the addition of Strontium particle size obtained was more refined than the billet where the strontium modifier was added. Regarding the micrograph, photos stemmed from the optical microscope didn´t show the expected modification effect by the addition of Strontium. This suggests that the low amount of silicon (1 %) present in the alloy used in this study interfered in the change process, because according to the literature review, Strontium 0.022 % by weight is sufficient to fully modify an alloy with 7% Silicon. The results from the cooling curve showed that both the eutectic temperature and the solidification time remained unchanged with the addition of strontium

Texture analysis of cold rolled and annealed aluminum alloy produced by twin-roll casting

A 7.4 mm thick strip of 3003 aluminum alloy produced by the industrial twin-roll casting (TRC) process was homogenized at 500 °C for 12 hours, after which it was cold rolled in two conditions: 1) to reduce the strip's thickness by 67%, and 2) to reduce it by 91%. The alloy was annealed at 400 °C for 1 hour in both conditions. The results revealed that a rotated cube texture, the {001}<110> component, predominated in the as-cast condition and was transformed into brass, copper and S type textures during the cold rolling process. There was practically no difference between the deformation textures at the two thickness reductions.

Electronic Structure Calculations in a 2D SixGe1-x Alloy Under an Applied Electric Field.

The recent advances and promises in nanoscience and nanotechnology have been focused on hexagonal materials, mainly on carbon-based nanostructures. Recently, new candidates have been raised, where the greatest efforts are devoted to a new hexagonal and buckled material made of silicon, named Silicene. This new material presents an energy gap due to spin-orbit interaction of approximately 1.5 meV, where the measurement of quantum spin Hall effect(QSHE) can be made experimentally. Some investigations also show that the QSHE in 2D low-buckled hexagonal structures of germanium is present. Since the similarities, and at the same time the differences, between Si and Ge, over the years, have motivated a lot of investigations in these materials. In this work we performed systematic investigations on the electronic structure and band topology in both ordered and disordered SixGe1-x alloys monolayer with 2D honeycomb geometry by first-principles calculations. We show that an applied electric field can tune the gap size for both alloys. However, as a function of electric field, the disordered alloy presents a W-shaped behavior, similarly to the pure Si or Ge, whereas for the ordered alloy a V-shaped behavior is observed.

Il linguaggio Alloy come ausilio nella specifica formale di modelli UML

UML è ampiamente considerato lo standard de facto nella fase iniziale di modellazione di sistemi software basati sul paradigma Object-Oriented; il suo diagramma delle classi è utilizzato per la rappresentazione statica strutturale di entità e relazioni che concorrono alla definizione delle specifiche del sistema; in questa fase viene utilizzato il linguaggio OCL per esprimere vincoli semantici sugli elementi del diagramma. Il linguaggio OCL però soffre della mancanza di una verifica formale sui vincoli che sono stati definiti. Il linguaggio di modellazione Alloy, inserendosi in questa fase, concettualmente può sopperire a questa mancanza perchè può descrivere con le sue entità e relazioni un diagramma delle classi UML e, tramite propri costrutti molto vicini all'espressività di OCL, può specificare vincoli semantici sul modello che verranno analizzati dal suo ambiente l'Alloy Analyzer per verificarne la consistenza. In questo lavoro di tesi dopo aver dato una panoramica generale sui costrutti principali del linguaggio Alloy, si mostrerà come è possibile creare una corrispondenza tra un diagramma delle classi UML e un modello Alloy equivalente. Si mostreranno in seguito le analogie che vi sono tra i costrutti Alloy e OCL per la definizione di vincoli formali, e le differenze, offrendo nel complesso soluzioni e tecniche che il modellatore può utilizzare per sfruttare al meglio questo nuovo approccio di verifica formale. Verranno mostrati anche i casi di incompatibilità. Infine, come complemento al lavoro svolto verrà mostrata, una tecnica per donare una dinamicità ai modelli statici Alloy.

Correlação entre microestrutura e comportamento de corrosão em duas ligas do sistema Al-Fe-Si produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo.

As chapas de ligas de alumínio trabalháveis são produzidas atualmente por dois processos, o método de vazamento contínuo conhecido TRC (Twin Roll Continous Casting) ou pelo método tradicional de vazamento de placas DC (Direct Chill). A fabricação de ligas de alumínio pelos dois processos confere características microestruturais diferentes quando comparadas entre si, o que se reflete em suas propriedades. Além disto, ocorrem variações microestruturais ao longo da espessura, especialmente nas chapas produzidas pelo processo TRC. Neste sentido, é importante estudar a evolução microestrutural que ocorre durante o seu processamento e sua influência com relação à resistência à corrosão. Dessa forma foi realizado neste trabalho um estudo comparativo do comportamento de corrosão, bem como das microestruturas do alumínio de alta pureza AA1199 (99,995% Al) e das ligas de alumínio AA1050 (Fe+Si0,5%) e AA4006 (Fe+Si1,8%) produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo. Os resultados obtidos evidenciaram que as microestruturas das ligas AA4006 DC e AA4006 TRC são distintas, sendo observada maior fração volumétrica dos precipitados na liga fabricada pelo processo TRC comparativamente ao DC. Para caracterizar o comportamento de corrosão foram realizados ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica, que mostraram a maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo TRC em comparação ao processo DC. Além disso, foi verificada, em ordem decrescente, uma maior resistência à corrosão do alumínio AA1050, seguida pela superfície da liga AA4006 e por fim, pelo centro da chapa desta última. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica para as ligas AA4006 fabricadas pelo processo TRC apresentaram melhor desempenho que o processo DC, principalmente em intervalos de 2 a 12 horas de imersão na solução de sulfato de sódio contaminada com íons cloreto. Para tempos de imersão acima de 4 horas foi observado comportamento indutivo em baixas frequências para os dois tipos de processamento investigados, o que foi associado à adsorção de espécies químicas, principalmente íons sulfato e oxigênio, na interface metal/óxido. As curvas de polarização anódica mostraram maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo viii TRC em comparação ao processo DC. Este comportamento foi associado às diferentes características microestruturais, observadas para liga AA4006 obtida pelos dois processos.

Thermodynamic, surface and structural properties of liquid Co-Si alloys

The knowledge of thermophysical properties of liquid Co-Si alloys is a key requirement for manufacturing of composite materials by infiltration method. Despite this need, the experimental and predicted property data of the Co-Si system are scarce and often inconsistent between the various sources. In the present work the mixing behaviour of Co-Si melts has been analysed through the study of the concentration dependence of various thermodynamic, surface (surface tension and surface composition) and structural properties (concentration fluctuations in the long-wavelength limit and chemical short-range order parameter) in the framework of the Compound Formation Model (CFM) and Quasi Chemical Approximation for regular solutions (QCA). In addition, the surface tension of the Co22·5Si77.5 (in at%) eutectic alloy, that is proposed to be used as the infiltrant, has been measured by the pendant drop method at temperatures ranging from 1593 to 1773 K. The results obtained were discussed with respect to both, temperature and concentration, and subsequently compared with the model predictions and literature data.

Effects of boron-strontium interactions on eutectic modification in Al-10 mass%Si alloys

The effects of boron and strontium interactions on the eutectic silicon in hypoeutectic Al-Si alloys have been studied. Samples were prepared from an AI-I 0 mass%Si base alloy with different Al-B additions, alone and in combination with strontium. In alloys containing no strontium, boron additions do not cause modification of the eutectic silicon, while in strontium containing alloys, boron additions reduce the level of modification of the eutectic silicon. Thermal analysis parameters and eutectic silicon microstructures were investigated with respect to the Sr to B ratio. In order to modify the eutectic silicon, a Sr/B ratio exceeding 0.4 is required.

Effects of boron on eutectic modification of hypoeutectic Al-Si alloys

The effects of boron on the eutectic modification and solidification mode of hypoeutectic Al-Si alloys have been studied adding different boride phases. The results show that boron does not cause modification of the eutectic silicon. Boron-containing samples display eutectic nucleation and growth characteristics similar to that of unmodified alloys. (C) 2002 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.