Materials Science and Engineering Commons^™

การศึกษาชั้นแอลฟาเคสและโครงสร้างเฉพาะบริเวณในโลหะผสมไทเทเนียม Ti-6al-4v ที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยกระบวนการหล่อแบบขี้ผึ้งหายและเทคนิคการพิมพ์สามมิติ, ธนชัย บุญชูดวง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โลหะไทเทเนียมผสม ถูกนำมาวิจัยพัฒนาการใช้งานในทางการแพทย์และทันตกรรมอย่างแพร่หลาย โดยนิยมใช้กระบวนการหล่อแบบขี้ผึ้งหายในการขึ้นรูปเนื่องจากสามารถออกแบบได้ง่ายและได้ชิ้นงานใกล้เคียงกับที่ออกแบบไว้ แต่การผลิตชิ้นงานด้วยกระบวนการนี้มักมีโครงสร้างแบบหนึ่งที่เรียกว่า ชั้นของแอลฟาเคส ซึ่งมีความแข็งสูงและมีความเปราะ ไม่เหมาะกับการนำไปใช้งาน งานวิจัยนี้ได้อาศัยเทคนิคการดูดกลืนของรังสีเอกซ์และเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพิ่มจากเทคนิคทั่วไปในการตรวจสอบชั้นของแอลฟาเคส ผลการศึกษาพบว่า จุดเริ่มต้นชั้นของแอลฟาเคสเกิดเมื่อโลหะไทเทเนียมหลอมเหลวสัมผัสกับแบบหล่อแล้วเกิดสารประกอบซับออกไซด์ที่ไม่เสถียร ซึ่งเกิดจากการที่ออกซิเจนละลายเข้าไปในโลหะไทเทเนียมเป็นจำนวนมากเกินสมดุล หลังจากเย็นตัว สารประกอบซับออกไซด์จะเปลี่ยนเป็นไทเทเนียมเฟสแอลฟาที่มีออกซิเจนละลายอยู่ โดยความหนาของชั้นแอลฟาเคสจะขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน สารประกอบที่ทำปฏิกิริยา รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของออกซิเจนในแต่ละเฟสของไทเทเนียมที่ประกอบอยู่ในโครงสร้าง ผลการตรวจสอบพบว่าออกซิเจนจะไปละลายอยู่ในตำแหน่ง interstitial site ของโครงสร้างผลึกแบบ HCP ในส่วนของชิ้นงานไทเทเนียมผสมที่ผ่านการขึ้นรูปแบบพิมพ์สามมิติไม่พบโครงสร้างชั้นของแอลฟาเคส แต่จะพบลักษณะการบิดเบี้ยวของโครงสร้างที่ทำให้ความแข็งสูงกว่าปกติ

การศึกษาสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือนด้วยวัสดุเพื่อใช้ในฐานวางชิ้นงานสำหรับกระบวนการขัดสีความเที่ยงตรงสูง, ศิรวิทย์ ดวงทวี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการขัดสีความเที่ยงตรงสูงเป็นตัวแปรหนึ่งที่ส่งผลให้คุณภาพผิวของชิ้นงานเซรามิคชนิด AlTiC ที่ถูกขัดสีลดลง โดยที่การควบคุมแรงสั่นสะเทือนนั้นอาจหมายถึงการควบคุมคุณภาพผิวชิ้นงานเซรามิคชนิด AlTiC ที่จะได้จากกระบวนการขัดสีนั้นๆ สำหรับงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือนของวัสดุที่ใช้ทำฐานวางชิ้นงานในกระบวนการดังกล่าว ซึ่งจะช่วยให้มีการลดลงหรือยับยั้งแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการ ในงานวิจัยนี้ได้มีการเลือกใช้วัสดุโลหะที่มีใช้อย่างแพร่หลายในทางวิศวกรรมและสามารถนำมาใช้เพื่อทำฐานวางชิ้นงานได้ ได้แก่ อะลูมิเนียม ทองแดงอัลลอยด์ และ เหล็กกล้าไร้สนิม โดยที่ทำการทดสอบเพื่อวัดค่า damping ratio ซึ่งเป็นค่าที่ใช้บอกถึงสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือน นอกจากนี้ยังได้เลือกวัสดุพอลิเมอร์(Polymer) ทางการค้ามาใช้ร่วมกับวัสดุโลหะ(เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304) ในรูปแบบของวัสดุผสมโดยคาดว่าจะได้ผลของค่า damping ratio ที่สูงมากขึ้น หรือมีการหน่วงแรงสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น สำหรับวัสดุพอลิเมอร์ที่ใช้ในงานวิจัย ได้แก่ ซิลิโคน(silicone rubber), เทอร์โมเซตโพลียูรีเทน(thermosetting polyurethane), เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน(thermoplastic polyurethane, TPU) และ ไนลอนโพลีเอไมด์12(Nylon 12) ที่ความแข็งต่างกัน 2 ชนิด ในการทดลองเพื่อหาค่า damping ratio จะใช้ชิ้นงานที่มีขนาด 6 มิลลิเมตร x 20 มิลลิเมตร x 120 มิลลิเมตร ทำการให้แรงกระทำต่อชิ้นงานและตรวจวัดในช่วงของค่าความถี่ตอบสนองของชิ้นงานนั้นๆ แล้วจึงนำค่าแรงสั่นสะเทือนที่ได้มาคำนวณหาค่า damping ratio ต่อไป ซึ่งผลที่ได้จากการวิจัยพบว่าวัสดุโลหะที่ได้ค่า damping ratio สูงที่สุด คือ เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304 มีค่าเท่ากับ 0.0398 และ วัสดุผสมพอลิเมอร์ชนิด TPU มีค่า damping ratio สูงที่สุดที่ 0.0802 และยังสูงที่สุดจากวัสดุทั้งหมดที่นำมาทดลอง และเมื่อนำไปใช้ในฐานวางชิ้นงานจริงยังพบว่าฐานวางชิ้นงานที่เสริมด้วยพอลิเมอร์ชนิด TPU ให้ผลค่าเฉลี่ยความหยาบผิวที่ต่ำที่สุดหรือมีคุณภาพผิวชิ้นงานที่ดีที่สุด โดยมีค่า 1.28 นาโนเมตร และมีค่าเฉลี่ยกำลังสองของความหยาบผิว เท่ากับ 1.59 นาโนเมตร

ผลของการเติมเรเนียมและโคบอลต์ในโลหะผสมพิเศษเนื้อพื้นนิกเกิลเกรด Mga 1400 ที่เตรียมด้วยวิธีการหลอมด้วยอาร์กต่อโครงสร้างจุลภาคและความเสถียรของเฟส, อาภาพร นรารักษ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษาผลของการเติมธาตุเรเนียมและโคบอลต์ต่อโครงสร้างจุลภาค และความเสถียรของเฟสแกมมาไพรม์ของโลหะผสมพิเศษเนื้อพื้นนิกเกิล เกรด MGA 1400 ชิ้นงานที่ถูกหลอมละลายแบบอาร์กสุญญากาศซึ่งมีปริมาณของธาตุเรเนียมและโคบอลต์แตกต่างกัน ซึ่งภายหลังจากการทำกรรมวิธีทางความร้อนแล้ว พบว่าขนาดของอนุภาคแกมมาไพรม์มีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอเพิ่มมากขึ้น เมื่อปริมาณเรเนียมเพิ่มขึ้นและมีการทดสอบชิ้นงานโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 500 ชั่วโมง เพื่อศึกษาความเสถียรของโครงสร้าง พบว่าการเพิ่มปริมาณเรเนียม ทำให้อัตราการโตของอนุภาคแกมมาไพรม์ช้าลง นอกจากนี้รูปร่างของอนุภาคแกมมาไพรม์มีความเป็นลูกบาศก์มากขึ้น อย่างไรก็ตามการเติมปริมาณเรเนียมมากกว่า 1.21 %โดยน้ำหนัก กระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของเฟสทอพอลอจิคอลลีโครส์แพค (Topologically Close-Packed) ภายหลังจากให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 100 ชั่วโมงเป็นต้นไป สรุปได้ว่าการเพิ่มปริมาณเรเนียมสามารถลดอัตราการโตของอนุภาคแกมมาไพรม์ และการเติมธาตุโคบอลต์มีประโยชน์ในการขัดขวางหรือชะลอการตกตะกอนของเฟสทอพอลอจิคอลลีโครส์แพคที่อุณหภูมิสูงได้

Facile Synthesis Of Nanostructured Metal Borides And Composites For Applications In Sustainable Energy, Maalavan Arivu

Masters Theses

"Electrocatalytic water splitting is a promising solution for sustainable energy generation since one of the half reactions lead to the formation of H₂ which is a clean fuel. The other half of the reaction leading to O₂ evolution is an energy intensive process necessitating the need for an electrocatalyst to break the activation barrier for the commencement of the reaction. In this work we will focus on expanding the family of non-oxidic OER electro-catalysts, especially borides, whereby, apart from facilitating delocalization of electron cloud on the catalytically active transition metal site, low anion electronegativity and increased covalency in …

Microstructural Development And Its Effect On Aqueous Corrosion Of A Borosilicate Glass Ceramic For Waste Vitrification, Nicholas Stephen Roberts

Masters Theses

"Waste loadings of reprocessed spent nuclear fuel vitrified into borosilicate glass can be increased by precipitating environmentally stable phases concentrated with waste components in a chemically stable glass matrix. The principal objective of this thesis was to characterize the development of crystalline powellite (CaMoO₄ and related phases) and oxyapatite (Ca₂LN₈Si₆O₂₆) in borosilicate glass-ceramics and to determine how the formation of those phases affected its chemical durability.

Borosilicate glasses provided by PNNL were re-melted and quenched at rates from over 300⁰C/s to ~0.05⁰C/s. Isothermal heat treatment experiments were conducted by quenching melts …

Fundamental Studies Of Chemical Stability And Carrier Process In Hybrid Perovskite Materials, Jue Gong

Graduate Research Theses & Dissertations

This dissertation comprehensively studies the optoelectronic properties of organic-inorganic hybrid perovskites to fundamentally answer their foundations of outstanding performance on solar cells, photodetectors, nanowire lasers and other optoelectronic applications. Specifically, a novel type of charge carrier-lattice interaction was discovered in perovskite methylammonium lead iodide (CH3NH3PbI3), where photoluminescence lifetime of photoinduced carriers is strongly dependent on the rotational frequency of CH3NH3+, as modulated via substitution of hydrogens with deuterium atoms in the organic cation. In addition, two-dimensional Ruddlesden-Popper perovskite (CH3NH3)2Pb(SeCN)2I2 was first synthesized and characterized in the field, and its photoluminescence properties were systematically examined. The existence of intensive photoluminescence peak …

Surface Engineering And Monomer Design For Light-Mediated Ring Opening Metathesis Polymerization, Ishan A. Fursule

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Stimuli-responsive materials are changing the landscape of actuated materials, optoelectronics, molecular machines, solar cells, temporary memory storage, and biomedical materials. Specifically, photo-responsive polymers have gained acceleration in research and application since the last two decades in the form of a surface coating and micro-patterns. Light as a stimulus can be coherent, mono or polychromatic, tunable for power (intensity) and energy (wavelength), and has precise spatiotemporal control. Conventional surface coating techniques such as spin coating are unable to impart properties to the coatings in terms of sturdiness, homogeneity, uniformity over the complex surface, post deposition modification, and process efficiency. Also, in …

Combinatorial Screening Approach In Developing Non-Equiatomic High Entropy Alloys, Azin Akbari

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

High entropy alloys (HEA) are a relatively new group of alloys first introduced in 2004. They usually contain 5 to 6 different principle elements. Each of these elements comprise 5-35 at. % of the chemical composition of the alloy. There is a growing interest in the research community about the development of these alloys as well as their engineering applications. Some HEAs have interesting properties that have made them well suited for higher temperature applications, particularly refractory uses, while some have been shown to maintain their mechanical properties even at cryogenic temperatures.

Initially, the HEA research was focused on developing …

A Microstructure-Based Model Validated Experimentally For Quantification Of Short Fatigue Crack Growth In Three-Dimensions, Pei Cai

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Built on the recent successes in understanding the crystallographic mechanism for short fatigue crack (SFC) growth across a grain boundary (GB) and developing an experimental method to quantify the GB resistance against short crack growth, a microstructure-based model was developed in this study to simulate the growth behaviors of SFCs in 3-D, by taking into account both the driving force and resistance along at each point along the crack front in an alloy. It was found that the GB resistance was a Weibull function of the minimum twist angle of crack deflection at the boundary in AA2024-T3 Al alloys. In …

Defect Chemistry And Transport Properties Of Solid State Materials For Energy Storage Applications, Xiaowen Zhan

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Replacing organic liquid electrolytes with nonflammable solid electrolytes can improve safety, offer higher volumetric and gravimetric energy densities, and lower the cost of lithium-ion batteries. However, today’s all-solid-state batteries suffer from low Li-ion conductivity in the electrolyte, slow Li-ion transport across the electrolyte/electrode interface, and slow solid-state Li-ion diffusion within the electrode. Defect chemistry is critical to understanding ionic conductivity and predicting the charge transport through heterogeneous solid interfaces. The goal of this dissertation is to analyze and improve solid state materials for energy storage applications by understanding their defect structure and transport properties.

I have investigated defect chemistry of …

Mixed Matrix Flat Sheet And Hollow Fiber Membranes For Gas Separation Applications, Nicholas W. Linck

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Mixed matrix membranes (MMM) offer one potential path toward exceeding the Robeson upper bound of selectivity versus permeability for gas separation performance while maintaining the benefits of solution processing. Many inorganic materials, such as zeolites, metal-organic frameworks, or carbon nanotubes, can function as molecular sieves, but as stand-alone membranes are brittle and difficult to manufacture. Incorporating them into a more robust polymeric membrane matrix has the potential to mitigate this issue.

In this work, phase inversion polymer solution processing for the fabrication and testing of asymmetric flat sheet mixed matrix membranes was employed with CVD-derived multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) dispersed …

The Formation Mechanism Of Α-Phase Dispersoids And Quantification Of Fatigue Crack Initiation By Experiments And Theoretical Modeling In Modified Aa6061 (Al-Mg-Si-Cu) Alloys, Gongwang Zhang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

AA6061 Al alloys modified with addition of Mn, Cr and Cu were homogenized at temperatures between 350 ^ºC and 550 ^ºC after casting. STEM experiments revealed that the formation of α-Al(MnFeCr)Si dispersoids during homogenization were strongly affected by various factors such as heating rate, concentration of Mn, low temperature pre-nucleation treatment and homogenization temperature. Through analysis of the STEM results using an image software Image-Pro, the size distributions and number densities of the dispersoids formed during different annealing treatments were quantitatively measured. It was revealed that increasing the heating rate or homogenization temperature led to a reduction of …

Synthesis And Characterization Of Magnesium - Titanium Composites By Severe Plastic Deformation, Baleegh Alobaid

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Magnesium alloys are widely used in engineering applications, including aerospace and automobile industries, due to their desirable properties, such as lower density, high damping capacity, relatively high thermal conductivity, good machinability, and recyclability. Researchers have, therefore, been developing new magnesium materials. However, mechanical and corrosion properties are still limiting many commercial applications of magnesium alloys. In this Ph.D. thesis research, I developed Mg-Ti composite materials to offer some solutions to further improve the mechanical behavior of magnesium, such as titanium-magnesium (Ti-Mg) claddings, Mg-Ti multilayers, and Ti particle enforced Mg alloys. Low cost manufacturing processes, such as hot roll-bonding (RB) and …

The Physical Behavior And Characterization Of Nanoporous Silicon And Dispenser Cathode Surfaces, Tyler Lucius Corey Maxwell

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Nanostructured materials have received a surge of interest in recent years since it has become apparent that reducing the size of a material often leads to heightened mechanical behavior. From a fundamental standpoint, this stems from the confinement of dislocations. Applications in microelectromechanical devices, lithium ion batteries, gas sensing and catalysis are realized by combining the improvements in mechanical behavior from material size reduction with the heightened chemical activity offered by materials with a high surface-area-to-volume ratio. In this study, films of nanoporous Si-Mg were produced through magnetron sputtering, followed by dealloying using an environmentally benign process with distilled water. …

Morphological And Energetic Effects On Charge Transport In Conjugated Polymers And Polymer-Nanowire Composites, Zhiming Liang

Theses and Dissertations--Chemistry

Organic semiconductors have wide applications in organic-based light-emitting diodes, field-effect transistors, and thermoelectrics due to the easily modified electrical and optical properties, excellent mechanical flexibility, and solution processability. To fabricate high performance devices, it is important to understand charge transport mechanisms, which are mainly affected by material energetics and material morphology. Currently it is difficult to control the charge transport properties of new organic semiconductors and organic-inorganic nanocomposites due to our incomplete understanding of the large number of influential variables. Molecular doping of π-conjugated polymers and surface modification of nanowires are two means through which charge transport can be manipulated. …

Comparative Study Of Cv3 Carbonaceous Chondrites Allende And Bali Using Micro-Raman Spectroscopy And Sem/Eds, Raka Paul

All Graduate Theses, Dissertations, and Other Capstone Projects

The birth of the solar system (over 4 billion years) is speculated to have happened from a nebula, swirling and compacting in localized regions to eventually form the Sun and planets. This complex process consists of numerous changes and intermediary steps, yet to be fully understood. Carbonaceous chondritic meteorites are relics of that process and therefore have potential to reveal information about the formation history. Several theories have been formulated linking their composition to planet formation. This study focusses on two carbonaceous chondritic specimens, Allende and Bali, both of the group CV and petrologic type 3. CV meteorites are abundant …

Synthesis And Behavior Characterization Of Multi-Scale Hierarchical Structured Composites, Jacob M. Mayfield

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

The purpose of the synthesis of a multi-scale hierarchical composite material was to create a material with a high specific strength, a low mass, and high strength material. To achieve this the material categorization of the Formlabs Tough V2 resin was conducted. The resin was used in the construction of a bio-mimicry diamond lattice structure. The structure was subjected to compression testing to characterize the material properties. The Tough V2 resin structure combined with cellulose created a multi-scaled material on Macro and Micro levels to show the bio-inspired design to increase the material properties in a favorable manor. The Tough …

A New Approach To Multiplanar, Real-Time Simulation Of Physiological Knee Loads And Synthetic Knee Components Augmented By Local Composition Control In Fused Filament Fabrication, Joshua Taylor Green

Open Access Theses & Dissertations

Despite numerous advances in biomedical engineering, few developments in surgical simulation have been made outside of computational models. Cadavers remain the primary media on which surgical research and simulation is conducted. Most attempts to quantify the effects of orthopedic surgical methods fail to achieve statistical significance due to limited quantities of cadaver specimen, large variations among the cadaver population, and a lack of repeatability among measurement techniques. The general purpose of the research covered in this dissertation is to develop repeatable simulation of physiological loads and develop techniques to fabricate a synthetic-based replacement of cadaver specimens. Future work applying this …

Streamlining Alloy Design And Thermo-Mechanical Processing Parameters For High Strength Line Pipe Steels And Hot Rolled Microalloyed Steels: Process - Structure - Property Paradigm, Venkata Vignesh Natarajan

Open Access Theses & Dissertations

The process parameters related to thermo-mechanical controlled processing (TMCP) of steels play a vital role in affecting the ultimate mechanical properties. We illustrate here the impact of coiling temperature, the impact of finish cooling temperature on interrupted cooling and compare with continuous cooling, and the impact of carbon and niobium on the microstructure and precipitation behavior and corresponding changes in mechanical properties, in an ultrahigh strength titanium-niobium microalloyed steel. The microstructural advancement was contemplated via transmission electron microscopy and electron backscattered diffraction (EBSD). The goal was to underscore the impact of coiling temperature on the nature and distribution of microstructural …

Heterogeneous Integration Of Metallic, Semiconducting And Dielectric Two-Dimensional Layered Material Inks For Electronics And Sensing Device Platforms, Jay Amrish Desai

Open Access Theses & Dissertations

In monolayers of two-dimensional (2-D) layered materials, the motion of electrons is confined to a 2-D plane yielding a "zero" effective thickness with regard to the electrons. These monolayers are commonly obtained by exfoliating membranes from the bulk crystal to overcome the weak interplanar Van der Waals bonding using the so-called top-down approach. The bottom-up approach is another avenue to realize these materials, where atoms and molecules coalesce together into increasingly larger assemblies for the realization of the bulk three-dimensional (3-D) crystal. The unique properties of many of these 2-D materials make them highly sought out candidates for advancing conventional …