CO hydrogenation to light alkenes over Mn/Fe catalysts prepared by coprecipitation and sol-gel methods

CO hydrogenation to light alkenes was carried out on manganese promoted iron catalysts prepared by coprecipitation and sol-gel techniques. Addition of manganese in the range of 1-4 mol.% by means of coprecipitation could improve notably the percentage of C-2 (=) similar to C-4 (=) in the products, but it was not so efficient when the sol-gel method was employed. XRD and H-2-TPR measurements showed that the catalyst samples giving high C-2 (=) similar to C-4 (=) yields possessed ultra. ne particles in the form of pure alpha-(Fe1-xMnx)(2)O-3, and high quality in lowering the reduction temperature of the iron oxide. Furthermore, these samples displayed deep extent of carburization and different surface procedures to the others in the tests of Temperature Programmed Surface Carburization (TPSC). The different surface procedures of these samples were considered to have close relationship with the evolving of surface oxygen. It was also suggested that for the catalysts with high C-2 (=) similar to C-4 (=) yields, the turnover rate of the active site could be kept at a relatively high level due to the improved reducing and carburizing capabilities. Consequently, there would be a large number of sites for CO adsorption/dissociation and an enhanced carburization environment on the catalyst surface, so that the process of hydrogenation could be suppressed relatively to a low level. As a result, the percentage of the light alkenes in the products could be raised.

Template-free environmentally friendly synthesis and characterization of unsupported tungsten carbide with a controllable porous framework

Tungsten carbide (WC) with controlled pore size distribution was synthesized using a novel “precursor reassembly” method. The precursor crystal was assembled by mixing ammonium metatungstate (AMT) and ammonium carbonate (AC) in distilled water, followed by hydrothermal treatment. The mesostructure, crystal phase, and amount of deposited graphitic carbon can be conveniently tuned by controlling carburizing atmosphere (CO or a CO/H2 mixture). Moreover, the influence of precursor preparation (AMT/AC mass ratio and hydrothermal temperature) on the materials was also investigated. The resultant materials with low carbon content were mesoporous WCs, which showed high specific surface areas (11.3-20.4 m2 g-1) and adjustable pore-size distributions (average pore size: 15.3-22.3 nm). A mechanism for the formation of WC with a controllable porous framework is proposed. Finally, cyclic voltammetry was used to investigate the inference of different mesoporous structure.

Measurement of the mass transfer coefficient at workpiece surfaces in heat treatment furnaces

The mass (e.g. carbon) transfer coefficient at a workpiece surface is an important kinetic factor to control the heat treatment process of the workpiece and to evaluate heat treatment equipment. The coefficient can be calculated from the carbon concentration at the surface of a sample carburized in a carburizing furnace for a given time. Two common measurement methods which use a thin plate and employ a component as samples respectively are evaluated and compared for sensitivity and uncertainty. The comparison shows that the use of a component produces higher measurement precision and also has the advantage in measuring the carbon transfer coefficients at different treated positions. This method is then extended and discussed methodologically. Also two equations are proposed to calculate the carbon transfer coefficient and its uncertainty, respectively. This method is also applied to measure the carbon transfer coefficient in a fluidized bed heat treatment furnace.

A method and its optimal parameters for the measurement of mass transfer coefficient in heat treatment furnaces

The mass transfer coefficient is an important kinetic factor to control the thermo-chemical treatment processes of metals and alloys. More importantly, the mass transfer coefficient is different at different surface positions of a metallic part treated, which depends on the dynamic characteristics of the atmosphere close to the treated surface. Understanding the local mass transfer coefficient would be significant to approach the expected physical and mechanical properties of treated surfaces. In this paper, a reverse method was proposed to measure the mass transfer coefficient at component surface and the diffusivity in metal during heat treatment. The methodology of the reverses method and the optimal parame-ters are discussed in some detail. This method was successfully used to determine the car-bon transfer coefficient at the surface of a part in a carburizing furnace and carbon diffusiv-ity from the carbon distribution within the diffusion layer.

Sistemi multistrato per il miglioramento del comportamento tribologico dell'acciaio inossidabile AISI 316L: cementazione a bassa temperatura seguita da deposizione PACVD di carbonio amorfo (a-C:H)

Gli acciai inossidabili austenitici presentano ottime caratteristiche che li rendono ideali in tutti quei settori in cui è richiesta un’elevata resistenza alla corrosione associata a caratteristiche estetiche e funzionali. L’acciaio AISI 316L risulta essere uno dei più studiati ed utilizzati, specie nell’industria alimentare e farmaceutica, dove leapparecchiature debbono poter essere sottoposte ad aggressive procedure di sanificazione. Tuttavia, la modesta resistenza meccanica e la bassa durezza superficiale di questo acciaio determinano un comportamento non soddisfacente dal punto di vista dell’usura da strisciamento in assenza di lubrificanti, situazione che si verifica sovente in molti macchinari dedicati a queste industrie. Tra le varie soluzioni, studiate per migliorare il suo comportamento tribologico, la cementazione a bassa temperatura (LowTemperature Carburizing, LTC) seguita dalla deposizione PE-CVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition) di un rivestimento di carbonio amorfo idrogenato (a-C:H), sembra essere molto promettente. In questo lavoro vengono analizzate le caratteristiche tribologiche dell’acciaio AISI 316L cementato a bassa temperatura e rivestito di carbonio amorfo idrogenato, tramite prove tribologiche di strisciamento non lubrificato in geometria di contatto pattino su cilindro. Sono state verificate, inoltre, le caratteristiche microstrutturali e meccaniche superficiali del rivestimento multistrato LTC/a-C:H tramite osservazioni morfologiche/topografiche, analisi in spettroscopia micro-Raman e misure di indentazione strumentata sulle superfici rivestite, seguite da analisi metallografia e misura dei profili di microdurezza Vickers in sezione trasversale. I risultati ottenuti dimostrano che, ai fini di contenere l’effetto negativo legato all’aumento di rugosità dovuto al trattamento LTC, è opportuno effettuare una lucidatura precedente al trattamento stesso, poiché effettuandola successivamente si rischierebbe dicomprometterne lo strato efficace. Inoltre, si osserva come il trattamento LTC incrementi le capacità del substrato di supportare il rivestimento a-C:H, portando ad un miglioramento delle prestazioni tribologiche, nelle prove di strisciamento non lubrificato. Infine, si dimostra come l’utilizzo di un rivestimento a base di carbonio amorfo idrogenato adeguatamente supportato permetta una riduzione dell’attrito (di oltre cinque volte) e dell’usura (di circa dieci ordini di grandezza) rispetto ai corrispondenti materiali non rivestiti.

Comportamento tribologico di materiali per componenti di interesse industriale: Failure analysis e prove tribologiche in laboratorio

L’attività di ricerca della presente tesi di dottorato ha riguardato sistemi tribologici complessi di interesse industriale per i quali sono stati individuati, mediante failure analysis, i meccanismi di usura dominanti. Per ciascuno di essi sono state studiate soluzioni migliorative sulla base di prove tribologiche di laboratorio. Nella realizzazione di maglie per macchine movimentazione terra sono ampiamente utilizzati i tradizionali acciai da bonifica. La possibilità di utilizzare i nuovi microlegati a medio tenore di carbonio, consentirebbe una notevole semplificazione del ciclo produttivo e benefici in termini di costi. Una parte della tesi ha riguardato lo studio del comportamento tribologico di tali acciai. E’ stato anche affrontato lo studio tribologico di motori idraulici, con l’obiettivo di riuscire a migliorarne la resistenza ad usura e quindi la vita utile. Sono state eseguite prove a banco, per valutare i principali meccanismi di usura, e prove di laboratorio atte a riprodurre le reali condizioni di utilizzo, valutando tecniche di modificazione superficiale che fossero in grado di ridurre l’usura dei componenti. Sono state analizzate diverse tipologie di rivestimenti Thermal Spray in termini di modalità di deposizione (AFS-APS) e di leghe metalliche depositate (Ni,Mo,Cu/Al). Si sono infine caratterizzati contatti tribologici nel settore del packaging, dove l’utilizzo di acciai inox austenitici è in alcuni casi obbligatorio. L’acciaio inossidabile AISI 316L è ampiamente utilizzato in applicazioni in cui siano richieste elevate resistenze alla corrosione, tuttavia la bassa resistenza all’usura, ne limitano l’impiego in campo tribologico. In tale ambito, è stata analizzata una problematica tribologica relativa a macchine automatiche per il dosaggio di polveri farmaceutiche. Sono state studiate soluzioni alternative che hanno previsto sia la completa sostituzione dei materiali della coppia tribologica, sia l’individuazione di tecniche di modificazione superficiale innovative quali la cementazione a bassa temperatura anche seguita dalla deposizione di un rivestimento di carbonio amorfo idrogenato a-C:H

The role of primary carbides in fatigue crack propagation in aeroengine bearing steels

Fatigue crack propagation, tensile and fracture toughness data for four aeroengine bearing steels are reported. The steels involved are the through-hardened tool steels 18-4-1 (T1) and M50, and two similar carburized steels, RBD and Volvic. Crack growth data have been obtained at 20 °C and 280 °C to cover the range of oil temperatures experienced in aeroengine bearing operations. At 20 °C threshold ΔK values (ΔKth) ranged between 3.5 and 4.5 MPa √m with Paris exponents (m) of between 2.0 and 3.5. The lowest m-values were seen in the carburizing steels, which also exhibited lower Paris regime crack growth rates than M50 and 18-4-1. For all the steels, growth rates were higher at 280 °C,than 20 °C, although there was a slight tendency for ΔKth to increase, probably associated with oxide-induced closure at 280 °C. The effects of primary carbides, strength and toughness on fatigue crack growth behaviour are discussed, in relation to the importance of static-mode cracking. © 1990.