Jianyang Li;Chonghong Zhang;Ignacio Martin-Bragado;Yitao Yang;Tieshan Wang
Nuclear Engineering and Technology
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제55권3호
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pp.958-967
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2023
This work studies the defect features in a dilute FeMnNi alloy by an Object Kinetic Monte Carlo (OKMC) model based on the "grey-alloy" method. The dose rate effect is studied at 573 K in a wide range of dose rates from 10-8 to 10-4 displacement per atom (dpa)/s and demonstrates that the density of defect clusters rises while the average size of defect clusters decreases with increasing dose rate. However, the dose-rate effect decreases with increasing irradiation dose. The model considered two realistic mechanisms for producing <100>-type self-interstitial atom (SIA) loops and gave reasonable production ratios compared with experimental results. Our simulation shows that the proportion of <100>-type SIA loops could change obviously with the dose rate, influencing hardening prediction for various dose rates irradiation. We also investigated ways to compensate for the dose rate effect. The simulation results verified that about a 100 K temperature shift at a high dose rate of 1×10-4 dpa/s could produce similar irradiation microstructures to a lower dose rate of 1×10-7 dpa/s irradiation, including matrix defects and deduced solute migration events. The work brings new insight into the OKMC modeling and the dose rate effect of the Fe-based alloys.
For the development of superconducting fault current limiters (SFCLs), fault current limiting elements were fabricated out of Bi-2212 bulk tubes and tested. The SFCL elements consisted of tube shaped Bi-2212 bulks and metal shunts for the stabilizers. Firstly, the Bi-2212 bulk tubes were processed based on a design of monofilar coils in order to acquire large resistance and high voltage rating. 300 mm-long Bi-2212 tubes were designed to have the current path of 410 cm in length with 24 turns and 41 mm in diameter. The processed monofilar coil, as designed, had 300 A $I_c$ at 77 K. The fabricated superconducting monofilar coils were affixed to Cu-Ni alloy as that of stabilizers. The Cu-Ni alloys were processed to have the same shape of the superconducting monofilar coils. The Cu-Ni coil had resistivity of 32 ${\mu}{\Omega}$-cm at 77 K and 37 ${\mu}{\Omega}$-cm at 300 K. The metal shunts were attached to the outside of the Bi-2212 monofilar coil by a soldering technique. After the terminals made of copper were attached to both ends of the superconductor-metal shunt composite, the gap between the turns and the surface of the elements was filled with an epoxy and a dense mesh made of FRP in order to enhance the mechanical strength. The completed SFCL elements went through fault tests, and we confirmed that the voltage rating of 143 $V_{rms}$ (E =0.35 $V_{rms}$/cm) could be accomplished.
Vacuum brazing method has been coming to an important process as one of the new fabricating techniques of metals and alloys. In this study, a vacuum brazing of SUS304 stainless steel with BNi-2 filler metal was carried out in $1{\times}10^{4}$ Torr of vacuum atmosphere. The formation of brittle intermetallic compounds in brazed joints between SUS304 stainless steel and BNi-2 filler metal is a major concern, since they considerably degrade the mechanical properties of joints. To obtain enough stable joining strength, it is necessary to understand the unique properties of brazing process with Ni-based filler metals containing boron. So, in this research we investigated the performance of SUS304/BNi-2 brazed system and the brazed joint properties were evaluated at room temperature by using tensile test. Metallurgical and fractographic analysis were used to characterize the microstructure, the mechanisms of brazing, and joint failure modes.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권2호
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pp.63-68
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2008
Hard and brittle materials, such as Ni- and Ti-based alloys, glass, and ceramics, are very useful in aerospace, marine, electronics, and high-temperature applications because of their extremely versatile mechanical and chemical properties. One Ni-based alloy, Inconel 718, is a precipitation-hardenable material designed with exceptionally high yield strength, ultimate tensile strength, elastic modulus, and corrosion resistance with outstanding weldability and excellent creep-rupture properties at moderately high temperatures. However, conventional machining of this alloy presents a challenge to industry. Ultrasonic vibration cutting (UVC) has recently been used to cut this difficult-to-machine material and obtain a high quality surface finish. This paper describes an experimental study of the UVC parameters for Inconel 718, including the cutting force components, tool wear, chip formation, and surface roughness over a range of cutting conditions. A comparison was also made between conventional turning (CT) and UVC using scanning electron microscopy observations of tool wear. The tool wear measured during UVC at low cutting speeds was lower than CT. UVC resulted in better surface finishes compared to CT under the same cutting conditions. Therefore, UVC performed better than CT at low cutting speeds for all measures compared.
Currently, the demand for green technologies toward a sustainable future is rapidly increasing due to growing concern over environmental issues. Methanol is biodegradable and can provide clean combustion to reduce sulfur oxide and nitrogen oxide emissions, and therefore it is a candidate fuel for marine engines. However, the effect of methanol on tribological characteristic degradation should be addressed for methanol-fueled engines. In this study, the methanol addition effects on tribological characteristic degradation is experimentally assessed using a pin-on-disk tribo-tester. Ni-based alloy is used as a target material due to its broad applicability as an engine component material. For a lubricant, engine oil with and without methanol are used. The tests are conducted for up to 10,000 cycles under boundary lubrication while the change in friction force is monitored. Additionally, the wear rate is determined based on laser scanning confocal microscope data. An additional test in which methanol is added at regular intervals is performed with an aim to directly observe its effect on friction. Overall, the friction coefficient increases slightly with increasing methanol concentration. Furthermore, the wear rate of the pin and disk increase significantly with methanol addition. The results also indicate that the friction increases instantaneously with methanol addition at the contacting interface. These findings may be useful for better understanding the methanol effect on the tribological characteristics of Ni-based alloys for methanol-fueled engines with improved performance.
Using a customized diffusion bonder, we executed diffusion bonding for ring shaped white gold and red gold samples (inner, outer diameter, and thickness were 15.7, 18.7, and 3.0 mm, respectively) at a temperature of $780^{\circ}C$ and applied pressure of 2300 N in a vacuum of $5{\times}10^{-2}$ torr for 180 seconds. Optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to investigate the microstructure and compositional changes. The mechanical properties were confirmed by Vickers hardness and shear strength tests. Optical microscopy and FE-SEM confirmed the uniform bonding interface, which was without defects such as micro pores. EDS mapping analysis confirmed that each gold alloy was 14K with the intended composition; Ni and Cu was included as coloring metals in the white and red gold alloys, respectively. The effective diffusion coefficient was estimated based on EDS line scanning. Individual values of Ni and Cu were $5.0{\times}10^{-8}cm^2/s$ and $8.9{\times}10^{-8}cm^2/s$, respectively. These values were as large as those of the melting points due to the accelerated diffusion in this customized diffusion bonder. Vickers hardness results showed that the hardness values of white gold and red gold were 127.83 and 103.04, respectively, due to solid solution strengthening. In addition, the value at the interface indicated no formation of intermetallic compound around the bonding interface. From the shear strength test, the sample was found not to be destroyed at up to 100,000 gf due to the high bonding strength. Therefore, these results confirm the successful diffusion bonding of 14K white-red golds with a diffusion bonder at a low temperature of $780^{\circ}C$ and a short processing time of 180 seconds.
The localized corrosion resistance of the Ni-based Inconel 718 alloy after solution heat treatment was evaluated using electrochemical techniques in a solution of 25 wt% NaCl and 0.5 wt% acetic acid. Solution heat treatment at 1050 ℃ for 2.5 hours resulted in an increased average grain diameter. Both Ti carbides (10 ㎛ diameter) and Nb-Mo carbides (1 - 9 ㎛ diameter) were distributed throughout the material. Despite heat treatment, the shape and composition of these carbides remained consistent. An increase in solution temperature led to a decrease in pitting potential value. However, the pitting potential value of solution heat-treated Inconel 718 was consistently higher than that of as-received Inconel 718 at all tested temperatures. Localized corrosion initiation occurred at 0.4 VSSE in a temperature environment of 80 ℃ for both as-received and solution heat-treated Inconel 718 alloys. X-ray photoelectron spectroscopic analysis indicated that the composition of the passive film formed on specimen surfaces remained largely unchanged after solution heat treatment, with O1s, Cr2p3/2, Fe2p3/2, and Ni2p3/2 present. The difference in localized corrosion resistance between as-received and solution heat-treated Inconel 718 alloys was attributable to microstructural changes induced by the heat treatment process.
무효소 혈당센서는 높은 선택성과 민감성을 가지고 저비용으로 체내 혈당(glucose)을 검출할 수차세대 기술이다. 현재 시판되고 있는 혈당센서는 당을 산화시켜주는 당산화효소와 전극과 효소사이에 전자 전달을 원활하게 해주는 산화/환원 매개체를 이용하여 효소센서로 제작된다. 그러나 이러한 효소센서는 pH, 온도, 습도, 화학적 독성물질 등에 영향을 많이 받아 안정성이 떨어지고, 제작에 비용이 많이 드는 단점을 가지고 있다. 본 논문은 위와 같은 단점을 해결하고자 환원제인 당에 의하여 환원되는 니켈 나노입자를 전기화학적 흡착방법을 이용하여 산화 인듐 주석 전극 (ITO)에 고정시켰다. 고정된 니켈 나노입자는 전극의 표면적을 넓혀 신호를 증폭시키는 효과를 가지고 있으며, 당에 의하여 계속적으로 니켈이 환원됨에 따라 전극 반응에서는 촉매산화전류 반응으로 나타낸다. 당의 농도에 따라서 선형적으로 감응 할 수 있는 최적 조건의 니켈 나노입자를 이용하여 혈당센서를 제작하였다. 또한 체내에 존재하는 방해 인자인 아스코브산의 간섭을 억제하기 위해 음이온 고분자의 표면처리를 통하여 상대적으로 당에 선택적으로 감응하도록 하였다. 제작된 전극을 통하여 당 농도 별 산화 촉매 전류를 순환 전압 전류 법으로 측정한 결과 650 mV (vs. Ag/AgCl)에서 최대 전기적 신호가 발생되었으며, 포도당 0~6.15 mM 의 농도범위에서 전기적 신호가 선형 증가함을 확인할 수 있었다.
Nickel cobalt ferrite($Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$) powder was prepared through the ceramic route by the calcination of a stoichiometric mixture of NiO, CoO and $Fe_2O_3$ at $1100^{\circ}C$. The pressed pellets of $Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$ were isothermally reduced in pure hydrogen at $800{\sim}1100^{\circ}C$. Based on the thermogravimetric analysis, the reduction behavior and the kinetic reaction mechanisms of the synthesized ferrite were studied. The initial ferrite powder and the various reduction products were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, reflected light microscope and vibrating sample magnetometer to reveal the effect of hydrogen reduction on the composition, microstructure and magnetic properties of the produced Fe-Ni-Co alloy. The arrhenius equation with the approved mathematical formulations for the gas solid reaction was applied to calculate the activation energy($E_a$) and detect the controlling reaction mechanisms. In the initial stage of hydrogen reduction, the reduction rate was controlled by the gas diffusion and the interfacial chemical reaction. However, in later stages, the rate was controlled by the interfacial chemical reaction. The nature of the hydrogen reduction and the magnetic property changes for nickel cobalt ferrite were compared with the previous result for nickel ferrite. The microstructural development of the synthesized Fe-Ni-Co alloy with an increase in the reduction temperature improved its soft magnetic properties by increasing the saturation magnetization($M_s$) and by decreasing the coercivity($H_c$). The Fe-Ni-Co alloy showed higher saturation magnetization compared to Fe-Ni alloy.
Preciado, Adolfo;Ramirez-Gaytan, Alejandro;Gutierrez, Nayar;Vargas, David;Falcon, Jose Manuel;Ochoa, Gil
Steel and Composite Structures
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제26권2호
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pp.213-226
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2018
This paper focuses on the seismic protection of slender old masonry structures by the implementation of prestressing devices at key locations. The devices are vertically and externally located inside the towers in order to be reversible and calibrated. An extensive parametric study on a selected slender tower is carried out based on more than 100 nonlinear static simulations aimed at investigating the impact of different parameters on the seismic performance: (i) different prestressing levels; (ii) shape memory alloy superelasticity and (iii) changes in prestressing-forces in all the stages of the analysis until failure and masonry toe crushing. The tendon materials under analysis are conventional prestressing steel, fiber-reinforced polymers of different fibers and shape memory alloys. The parametric study serves to select the most suitable prestressing device and optimal prestressing level able to dissipate more earthquake energy. The seismic energy dissipation is evaluated by comparing the structural capacity curves in original state and retrofitted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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