Service performance of engineering materials

Corrosion research by Atrens and co-workers has made significant contributions to the understanding of the service performance of engineering materials. This includes: (1) elucidated corrosion mechanisms of Mg alloys, stainless steels and Cu alloys, (2) developed an improved understanding of passivity in stainless steels and binary alloys such as Fe-Cr, Ni-Cr, Co-Cr, Fe-Ti, and Fe-Si, (3) developed an improved understanding of the melt spinning of Cu alloys, and (4) elucidated mechanisms of environment assisted fracture (EAF) of steels and Zr alloys. This paper summarises contributions in the following: (1) intergranular stress corrosion cracking of pipeline steels, (2) atmospheric corrosion and patination of Cu, (3) corrosion of Mg alloys, and (4) transgranular stress corrosion cracking of rock bolts.

Variable mixed-mode delamination in composite laminates under fatigue conditions: testing & analysis

La majoria de les fallades en elements estructurals són degudes a càrrega per fatiga. En conseqüència, la fatiga mecànica és un factor clau per al disseny d'elements mecànics. En el cas de materials compòsits laminats, el procés de fallada per fatiga inclou diferents mecanismes de dany que resulten en la degradació del material. Un dels mecanismes de dany més importants és la delaminació entre capes del laminat. En el cas de components aeronàutics, les plaques de composit estan exposades a impactes i les delaminacions apareixen facilment en un laminat després d'un impacte. Molts components fets de compòsit tenen formes corbes, superposició de capes i capes amb diferents orientacions que fan que la delaminació es propagui en un mode mixt que depen de la grandària de la delaminació. És a dir, les delaminacions generalment es propaguen en mode mixt variable. És per això que és important desenvolupar nous mètodes per caracteritzar el creixement subcrític en mode mixt per fatiga de les delaminacions. El principal objectiu d'aquest treball és la caracterització del creixement en mode mixt variable de les delaminacions en compòsits laminats per efecte de càrregues a fatiga. Amb aquest fi, es proposa un nou model per al creixement per fatiga de la delaminació en mode mixt. Contràriament als models ja existents, el model que es proposa es formula d'acord a la variació no-monotònica dels paràmetres de propagació amb el mode mixt observada en diferents resultats experimentals. A més, es du a terme un anàlisi de l'assaig mixed-mode end load split (MMELS), la característica més important del qual és la variació del mode mixt a mesura que la delaminació creix. Per a aquest anàlisi, es tenen em compte dos mètodes teòrics presents en la literatura. No obstant, les expressions resultants per l'assaig MMELS no són equivalents i les diferències entre els dos mètodes poden ser importants, fins a 50 vegades. Per aquest motiu, en aquest treball es porta a terme un anàlisi alternatiu més acurat del MMELS per tal d'establir una comparació. Aquest anàlisi alternatiu es basa en el mètode dels elements finits i virtual crack closure technique (VCCT). D'aquest anàlisi en resulten importants aspectes a considerar per a la bona caracterització de materials utilitzant l'assaig MMELS. Durant l'estudi s'ha dissenyat i construït un utillatge per l'assaig MMELS. Per a la caracterització experimental de la propagació per fatiga de delaminacions en mode mixt variable s'utilitzen diferents provetes de laminats carboni/epoxy essencialment unidireccionals. També es du a terme un anàlisi fractogràfic d'algunes de les superfícies de fractura per delaminació. Els resultats experimentals són comparats amb les prediccions del model proposat per la propagació per fatiga d'esquerdes interlaminars.

High pressure surface plasmon spectroscopy

Der Einfluß von Druck auf die Eigenschaften dünner dielektrischer Filme wurde mit Hilfe von Oberflächenplasmonen-Spektroskopie untersucht. Die Arbeit kann aus der Perspektive der Materialcharakterisierung und aus apparativer Sicht betrachtet werden, da z.B. eine neue Hochdruckzelle konstruiert wurde, die kombinierte Oberflächenplasmonen-Elektrochemie Messungen erlaubt. SiO2-Solgel Filme wurden optimiert und auf ihre Widerstandsfähigkeit in Bufferlösungen und ihre Oberflächeneigenschaften hin untersucht. Eine Anwendung lag in der Charakterisierung von thermoresponsiven Acrylsäureisopropylamid Hydrogelen, die einen Volumenphasenübergang aufwiesen, dessen Eigenschaften durch Druck und die Beschränktheit des Films auf die Oberfläche beeinflußt wurden.Die Charakterisierung von DNA Hybridisierungsreaktionen an Oberflächen wurde mit einer Fluoreszenz-erweiterten Hochdruckapparatur durchgeführt. Zunächst wurde die Stabilität der zugrundeliegenden Bindematrix sichergestellt. Bei DNA Einzelsträngen führten Temperatur und Druck zu jeweils verringertem bzw. erhöhtem Signal. Entropie und Änderungen der Lösungsmitteleigenschaften wurden für die Signaländerungen verantwortlich gemacht. Die Eigenschaften der Doppelhelix wurden im Langmuir-Bild beschrieben. Der Brechungsindex von Kohlendioxid wurde bis zu 200 MPa gemessen und mit vorhandenen Gleichungen verglichen. Weiterhin wurde das Schwellverhalten von PMMA in scCO2/MMA-Mischungen untersucht. Mit Druck und MMA-Konzentration nimmt das Polymer vermehrt Kohlendioxid auf. Dadurch schwillt es an und sein Brechungsindex nimmt ab. Berechnungen unter Annahme einer idealen Mixtur ergaben gute qualitative Übereinstimmung mit den Meßwerten.Abschließend wurde eine neue Elektrochemie-Hochdruckzelle vorgestellt, die an Kaliumhexacyanoferrat(III)-(II) getestet wurde. Die Elektropolymerisation von Thiophen optisch untersucht.

Crystallographic and magnetic identification of secondary phase in orientated Bi 5Fe 0.5Co 0.5Ti 3O 15 ceramics

The fabrication of highly-oriented polycrystalline ceramics of Bi 5Fe 0.5Co 0.5Ti 3O 15, prepared via molten salt synthesis and uniaxial pressing of high aspect ratio platelets is reported. Electron backscatter images show a secondary phase within the ceramic which is rich in cobalt and iron. The concentration of the secondary phase obtained from scanning electron microscopy is estimated at less than 2% by volume, below the detection limit of x-ray diffraction (XRD). The samples were characterized by x-ray diffraction, polarization-electric field measurements, superconducting quantum interference device as a function of sample orientation and vibrating sample magnetometry as a function of temperature. It is inferred from the data that the observed ferromagnetic response is dominated by the secondary phase. This work highlights the importance of rigorous materials characterisation in the study of multiferroics as small amounts of secondary phase, below the limit of XRD, can lead to false conclusions.

Preparation and characterisation of biodegradable starch-based nanocomposite materials

Different formulations of biodegradable starch-polyester blend nanocomposite materials have been film blown on a pilot scale film blowing tower. The physical properties of different films have been examined by thermal and mechanical analysis and X-ray diffraction. The results show that the addition of an organoclay (from 0 to 5 wt%) significantly improves both the processing and tensile properties over the original starch blends. Wide angle X-ray diffraction (WAXD) results indicate that the best results were obtained for 30wt% starch blends, and the level of delamination depends on the ratio of starch to polyester and amount of organoclay added. The crystallisation temperature of the nanocomposite blends is significantly lower than the base blend. This is probably due to the platelets inhibiting order, and hence crystallisation, of the starch and polyester. The mechanical and thermal properties of the blends are also sensitive to the way the clay particles are dispersed. (C) 2003 Society of Chemical Industry.

Treatment of a nineteenth century male portrait in oil including the characterisation of materials, technique and a study of the lead soap aggregation in the paint composite

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Conservação e Restauro

Parametric analysis of different compact tension specimens for fracture toughness characterisation in woven composite materials

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Imperial College London, entre juliol i novembre de 2006. En aquest treball s’ha investigat la geometria més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. L’objectiu és assegurar la propagació de l’esquerda sense que la proveta falli abans per cap altre mecanisme de dany per tal de permetre la caracterització experimental de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. Amb aquesta fi, s’ha dut a terme l’anàlisi paramètrica de diferents tipus de provetes mitjançant el mètode dels elements finits (FE) combinat amb la virtual crack closure technique (VCCT). Les geometries de les provetes analitzades corresponen a la proveta de l’assaig compact tension (CT) i diferents variacions com la extended compact tension (ECT), la proveta widened compact tension (WCT), tapered compact tension (TCT) i doubly-tapered compact tension (2TCT). Com a resultat d’aquestes anàlisis s’han derivat diferents conclusions per obtenir la geometria de proveta més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. A més, també s’han dut a terme una sèrie d’assaigs experimentals per tal de validar els resultats de les anàlisis paramètriques. La concordança trobada entre els resultats numèrics i experimentals és bona tot i la presència d’efectes no previstos durant els assaigs experimentals.

Characterisation of amorphous and nanocrystalline molecular materials by total scattering

The use of high-energy X-ray total scattering coupled with pair distribution function analysis produces unique structural fingerprints from amorphous and nanostructured phases of the pharmaceuticals carbamazepine and indomethacin. The advantages of such facility-based experiments over laboratory-based ones are discussed and the technique is illustrated with the characterisation of a melt-quenched sample of carbamazepine as a nanocrystalline (4.5 nm domain diameter) version of form III.

New insights for materials science characterisation using different complementary techniques combined with x-ray absorption spectroscopy

The combination of x-ray absorption spectroscopy (XAS) with UV-Vis and Raman spectroscopies or with Differential Scanning Calorimetry (DSC) has been recently carried out on the D44 beamline of DCI-LURE. The different set-ups used to perform such combinations are described and examples of combined investigations belonging to different field of materials science (coordination chemistry, sol-gel and catalysis) are presented. © Physica Scripta 2005.