Materials Science and Engineering Commons^™

Discontinuous Grain Boundaries Of Forged René 41, Aaron Rabin, Bryce Bitter

Materials Engineering

Certain nickel-based alloys, particularly René 41, characteristically have many low-angle grain boundaries (grain arrangements of less than 15 degrees), present in the microstructure of an in-use component. Frequently, these low-angle grain boundaries are not optically visible after the etching process, leading to the phenomena of discontinuous grain boundaries. There exists a risk for René 41 grain boundary characterization; since one cannot assume that a grain boundary continues beyond a discontinuity, the grain size requirements become difficult to meet. Despite favorable characteristics of René 41, such as the corrosion and oxidation resistance coupled with excellent strength at high temperatures, the risks …

Defect Characterization Of Additively Manufactured Parts, Sabrina D'Alesandro, Joy Gockel, Andrew Harvey

Celebration of Undergraduate & Graduate Research, Scholarship, and Creative Activities Materials

This document describes various image processing techniques to be used for defect characterization of additively manufactured parts. This will help the reader gain knowledge of materials science engineering and the nuances in analyzing data from image processing software.

Additive manufacturing is shaping the manufacturing world through simplistic household printers’ to more complex metal printers used for a variety of applications. Specifically, laser powder bed fusion (LPBF) is an additive manufacturing process that deposits metal powder over the build plate and melts it with a laser in the shape of the build part. In order to make LPBF more efficient with …

A Novel Method For Making Titanium Dioxide For Photocatalytic Applications, Gary Wilson

Graduate Theses & Non-Theses

Titanium dioxide possesses near-ideal properties for large-scale application as a photocatalyst. It is cheap and abundant, nontoxic, and environmentally safe. However, it still suffers from logistical problems preventing its application in industry: namely, rapid electron-hole recombination and inability to utilize visible light. For nearly five decades researchers in this booming field have made numerous attempts to address these problems, doping and combining titanium dioxide with a wide range of materials. A novel ambient-temperature approach to synthesis and doping/modification of anatase-form titanium dioxide was attempted using both oxygen-rich and oxygen deprived synthetic routes. Reactants were exposed to various wavelengths of ultraviolet …

Effect Of Frother Strength And Solids On Gas Dispersion In A Cavitation Sparger Measured By Electrical Resistance Tomography, Philip Holdsworth

Graduate Theses & Non-Theses

Gas dispersion in column flotation is critical for optimizing particle-bubble interaction and maximizing recovery. The effect of various flotation frothers on axial gas dispersion rates in a column flotation cell were measured using electrical resistance tomography (ERT). Tests included two-phase (gas-liquid) and three-phase (gas-liquid-solid) to determine the effect of mechanical parameters and the presence of solids on gas dispersion. Gas holdup can be measured using ERT and utilized in the determination of axial gas dispersion rate in the column. The ERT is constructed with two sensor planes making it possible to simultaneously capture gas holdup values at one cm and …

Effects Of Collision Damage On The Ultimate Strength Of Fpso Vessels, Muhammad Zubair Muis Alie, Dian Ramasari, Taufiqur Rachman, Ristiyanto Adiputra

Makara Journal of Technology

Floating production storage offloading (FPSO) vessels are movable offshore structures. These structures are designed with large dimensions, and their decks are loaded with several types of equipment. During collision damage, the hull and deck parts loaded with equipment are severely affected. Therefore, the ultimate strength of FPSO vessels should be thoroughly checked and evaluated. The objective of the present study is to analyze the ultimate strength of FPSO vessels against collision damage characterized by hogging and sagging under longitudinal bending. The cross section of an FPSO vessel is modeled with elements composed of stiffened and unstiffened plates. The vessel length …

Ionic Conductivity And Electrochemical Properties Of Alginate–Nn4no3-Based Biopolymer Electrolytes For Edlc Application, Norfatihah Binti Mazuki, Nur Muhitul Jalilah Rasali, Bouchta Sahraoui, Ahmad Salihin Samsudin

Makara Journal of Technology

In this work, alginate doped with various contents of ammonium nitrate (NH4NO3) as a solid biopolymer electrolyte (SBE) was prepared via casting by using distilled water as a solvent. Impedance studies on alginate–NH4NO3 SBE films were conducted via impedance spectroscopy. The lowest bulk resistance (Rb) showed that the maximum ionic conductivity of the sample containing 25 wt.% NH4NO3 at ambient temperature (303 K) was 5.56 × 10−5 S cm−1. The temperature dependence of ionic conductivity was evaluated, and results confirmed that electrolytes followed an Arrhenius behavior. The highest conducting sample was fabricated into an electrical double-layer capacitor and characterized in …

Synthesis Of Epoxy Monoethanolamide From Bauhinia Monandra Seed Oil, Adewale Adewuyi, Rotimi A. Oderinde

Makara Journal of Technology

In this study, we synthesized epoxidised monoethanolamide (EMA) from Bauhinia monandra seed oil (BMO) via a simple reaction route. In this process, BMO was transesterified to obtain a mixture of methyl esters, which was subjected to a urea adduct complexation reaction. The unsaturated methyl esters (BME) from the urea adduct complexation reaction were then epoxidised using performic acid produced in situ in a one-pot reaction system. The epoxidised methyl esters were converted to EMA by reacting them with monoethanolamine (1:10). The progression of the reaction was monitored using Fourier transform infrared spectroscopy and proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, and the …

Parametric Investigation Of Effect Of Abnormal Process Conditions On Self-Piercing Riveting, Taek-Eon Jeong, Dong-Hyuck Kam, Cheolhee Kim

Mechanical and Materials Engineering Faculty Publications and Presentations

Self-piercing riveting (SPR) is one of the mechanical joining processes, and its application to Al/Fe dissimilar materials combination, which is hard to weld, is expanding in the automotive industry. The main process parameters in SPR are types of rivet and die, setting force, and rivet setting speed. Previously, the relationship between the main process parameters and output parameters such as cross-sectional characteristics and joint strength has been studied to optimize the SPR process. In practical applications, there are unexpected and abnormal process conditions such as poor fit-up, angular misalignment, edge offset distance, and inaccurate setting and pre-clamping forces, and their …

Ethylene Carbonate And Polyethylene Glycol As Efficient Plasticizers In Cmc-Pva-Nh4no3-Based Polymer Electrolyte, Noor Saadiah Mohd Ali, Yuki Nagao, Ahmad Salihin Samsudin

Makara Journal of Technology

This study investigated the influence of plasticizers (polyethylene glycol [PEG] and ethylene carbonate [EC]) on the ionic conduction of CMC-PVA-NH4NO3. Blended biopolymer electrolytes (BBEs) based on carboxymethyl cellulose–polyvinyl alcohol (CMC-PVA) doped with ammonium nitrate (NH4NO3) were obtained via casting solution technique incorporated with PEG and EC, which acted as plasticizers. Electrical impedance spectroscopy (EIS) was conducted to evaluate the effect of plasticization on the ionic conduction properties. The ionic conductivity improved from 1.70 × 10−3 S/cm for un-plasticized BBEs to 3.92 × 10−3 S/cm for plasticized BBEs with EC and 3.00 × 10−3 S/cm for plasticized BBEs with PEG. The …

Current Status Of Hydrothermal Treatment For Energy And Material Recovery Toward A Sustainable Post-Consumer Material Cycle, Baskoro Lokahita, Muhammad Aziz, Fumitake Takahashi

Makara Journal of Technology

The demand for energy-efficient and environmentally friendly municipal solid waste (MSW) processing has increased in developing countries. The thermochemical process offers a fast and reliable solution to reutilize or reduce the volume of MSW. Hydrothermal treatment is a novel MSW treatment technology that is compatible with high-moisture-content feedstock. It involves the thermal degradation of MSW in pressurized water or steam, which promotes the disintegration of cellulosic and polymer materials. Recent advances have shown effective MSW conversion into homogenous solid hydrochar with higher energy density. Alkali and chlorine content, which causes issues in combustors, was successfully removed due to the washing …

Liquefaction Potential Analysis Based On Nonlinear Ground Response On The Coastline Of Bengkulu City, Indonesia, Lindung Zalbuin Mase

Makara Journal of Technology

This paper presents the study of the seismic response and liquefaction potential of the coastal area of Bengkulu City during the September 2007 Sumatra earthquake. The study is conducted by collecting site investigation data (standard penetration test) and applying input motion to observe soil response. Synthetic ground motion is generated by considering the important aspects of earthquakes, including focal depth, epicenter, earthquake source, and site classification. The synthetized ground motion is then used as the input motion in the seismic response analysis. The results of this analysis are spectral acceleration and peak ground acceleration at each depth. The resulting spectral …

Comparison Of Phytoremediation And Filtration For Diamond-Mine-Tailings Water Treatment, M. Hafidhuddin Noor, Mijani Rahman, Akhmad Gazali, Nia Kania, Aulia Rahma, Erdina L.A. Rampun, Amalia E. Pratiwi, Muthia Elma

Makara Journal of Technology

The water pollution caused by diamond mine activities can kill aquatic life. In this work, we used phytoremediation and filtration to treat pond water polluted by the tailings of a diamond mine located in South Kalimantan, Indonesia. Einchhornia crassipes (water hyacinth) was utilized as the biomass for the phytoremediation process. Gravel (10–15 mm) and sand (0.1–1 mm) were used as filter media in the simple filtration setup, using an up-flow system (bottom to top). In the experiment, 16 L of diamond tailing water was poured into five phytoremediation reactors (each 60 L in volume), which were then tested over seven …

Thermally Driven Spin Transport In Ferromagnetic Metals, Wafa Saud Aljuaid

Electronic Theses and Dissertations

Since the discovery in 2008, the spin Seebeck effect has become one of the most active topics in the spin caloritronics research field. It opened a new way to create spin current by a combination of magnetic fields and heat. A temperature gradient in ferromagnetic (FM) metals generates a ow of spin current due to split of spin chemical potential between spin up and spin down electrons. This thermal spin current has been detected using an attached nonmagnetic heavy metal with large spin Hall angle via the inverse spin hall effect (ISHE). A voltage signal is generated since the nonmagnetic …

Additive Manufacturing Of Copper-Based Alloy By Laser Powder Bed Fusion, Binghao Lu

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Copper (Cu) and Cu-alloy are good candidates for the engineered components that require good thermal and electrical conductivity. Since industry often needs sophisticated components that cannot be made easily by traditional methods, such as casting, forging and machining, research for additive manufacturing of copper-based alloy is on demand. Therefore, this thesis focuses on the optimization of laser powder bed fusion (LPBF) of Cu-10 wt.% Sn alloy and pure Cu based on their characteristics such as relative density/porosity, surface roughness, phase constitutes, melt pool dimension, and dendrite arm spacings dimension, determined by optical microscopy, X-ray diffraction and Scanning electron microscope. LPBF, …

Modeling Of Scrap Dissolution In Molten Iron For The Case Of Heat Transfer-Controlled Process By Different Approaches And Comparison Of Their Accuracies, Ajay Kumar Shukla, Brahma Deo, D. G.C. Robertson

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Dissolution of steel scrap in molten iron is studied by using analytical as well as numerical approaches for the case of a heat transfer-controlled process. The approaches used are Green's function approach, quasi-static approach, integral profile method (IPM) (with parabolic profile), and finite difference methods (FDM). Application of FDM explicit and FDM implicit with fixed grid and variable grid is described. Accuracy of all the approaches is compared in terms of total dissolution time evaluated from overall heat balance criterion. The selection rule of time step and deciding the suitable approach for achieving minimum error for different operating conditions, represented …

Lateral Bracing Of Beams Provided By Standing Seam Roof System: Concepts And Case Study, Gengrui Wei, Benjamin Schafer, Michael Seek, Matthew Eatherton

Engineering Technology Faculty Publications

The standing seam roof (SSR) system is the most commonly used roof system for metal buildings due to its superior durability, water tightness, and energy efficiency. In this type of system, SSR panels attach to Z-shaped or C-shaped purlins with clips, and the purlins are in turn connected to rafters (i.e. roof beams). For the design of metal building rafters against lateral torsional buckling, bottom flange braces provide torsional bracing to the rafter and the SSR system provides some lateral bracing. However, the degree to which the SSR system can restrain the rafter against lateral movement has not previously been …

The Effects Of Carbon Equivalent, Return Ratios, Mold Preparation, Riser Feed And Casting Temperature On The Microstructural And Mechanical Properties Of 100-70-03 Pearlitic Ductile Iron, Erin Vandusen

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The most common and costly detriments to ductile iron foundries are casting defects, particularly in new and complex components. The ability to understand the factors and processes that create microstructures and the associated properties would allow accurate virtual predictions of casting outcomes. An experimental study of standard foundry variables, carbon equivalent, return ratio, mold preparation, riser feed, and casting temperature on a target of 100-70-03 pearlitic, hypereutectic ductile iron provided the groundwork for an ICME database. Density decreased when the fraction of graphite nodules was greater due to the low density of graphite. A greater percentage of return scrap and …

Effect Of Cerium And Magnesium Additions On The Strength And Morphology Of The Intermetallic Compound Layers In Aluminum-Steel Dissimilar Castings, Matt Thomas

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Dissimilar castings are under investigation due to their light-weighting opportunities within the automotive industry. In this case, dissimilar castings consist of a solid steel core and a poured aluminum component. The strength and integrity of the casting relies on the coherency of the bond between the two components; by optimizing the metallurgical component of the bonding phenomena, the weight and complexity of the insert can be reduced, further increasing the light-weighting opportunities. An interface comprised of intermetallics, generally Fe₄Al₁₃ and Fe₂Al₅, forms between the two components with the latter forming nearest the steel. …

Aging Response On The Stress Corrosion Cracking Behavior Of Wrought Precipitation-Hardened Magnesium Alloy, G. R. Argade, S. K. Panigrahi, R. S. Mishra

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Constant immersion testing and slow strain rate testing (SSRT) are conducted on wrought magnesium alloy in a 3.5 wt.% NaCl solution. After solution annealing (SA) at 525 °C for 8 h, the alloy was isothermally aged at 210 °C for 15 h, 48 h, and 144 h to obtain underaged (UA), peak-aged (PA), and overaged (OA) microstructures, respectively. After 32 days of constant exposure in chloride solution, the SA and UA samples showed the lowest (~ 0.10 mg cm−2 day−1) and the highest (~ 0.20 mg cm−2 day−1) weight loss, respectively. SSRT was carried out at an initial strain rate …

Jominy Hardenability Tester With In-Situ Heating, Luke Allen

Williams Honors College, Honors Research Projects

This project centers on building a Jominy Hardenability tester with In-Situ heating for the manufacturing lab at the University of Akron. A new process and setup will be designed using engineering concepts in order to make the testing more efficient and safer for the teaching and testing of metal hardness. The current Jominy testing setup has efficiency issues within the transfer of specimen from induction heater to testing rig. Our design will simplify the design by creating a test rig that removes the traveling aspect of the specimen which will limit the amount of premature cooling done and will be …

The Corrosion Behavior Of Aisi 304l Stainless Steel In Simulated Concrete Pore Solution. And A New Marketing Plan For Stainless Steel Rebars., Kenny Aronson

Williams Honors College, Honors Research Projects

The purpose of this project is to study the corrosion behavior of AISI 304L stainless steel, and to present the results for a new marketing strategy for a steel rebar manufacturer. This experiment involved the usage of cyclic potentiodynamic polarization tests to investigate the effect of chlorides on the pitting corrosion behavior of AISI 304L stainless steel in a simulated concrete pore solution with 3.5 wt.% chlorides. The results of this experiment showed that the chlorides caused a large increase in the corrosion current density of AISI 304L stainless steel indicating increased susceptibility to general corrosion and pitting corrosion. The …

Table Top Dome Tester, Travis Bernard, Sarah Kassinger, Amanda O'Reilly, Scott Salerno

Williams Honors College, Honors Research Projects

The Erichsen Cupping Test was used as a basis to design a dome tester. The intention of a dome tester is to test sheet metal material properties in all directions. This was done by clamping a piece of sheet metal and using a piston and hydraulic press to punch through the material. The force used to punch the material and the height of the deforming material can be gathered and the sheet metal properties can then be calculated. At the end of the project the team was able to successfully design and manufacture a hydraulic dome tester. However, due to …

Galvanic Corrosion In Aluminum/Steel Joints, Maegan Saul

Williams Honors College, Honors Research Projects

As car manufacturers seek to use lighter weight materials, aluminum is being more commonly used in the construction of vehicles. However, the strength of steel cannot be matched and both metals are necessary, leading to the joining of dissimilar metals. This connection of different metals leads to a galvanic coupling and subsequent corrosion of the less noble metal. This project aims to observe the corrosion and galvanic coupling behavior of aluminum alloys and carbon steel so that a model may be produced which can accurately predict the expected responses of the metals in various environments. Better, more accurate modeling of …

Tabletop Mechanical Tester, Jamie Dombroski, Brian English, Richard Leffler, Andrew Shirk

Williams Honors College, Honors Research Projects

The need for hands-on and face-to-face experiences in the engineering classroom is very great. The equations, principles, and concepts can all be learned, but without the visual and tactile application, these don’t always sink in or become concrete. A small-scale tensile test machine was designed, sourced, manufactured, and tested for the purpose of being applied in classroom settings to provide this experience to engineering students. Extensive research was performed concerning tensile machines on the market, the essential elements of which are the load cell, grips, crosshead, extensometer, motor, and frame. The raw materials for the frame were purchased and drawings …

ผลของชั้นเคลือบ Tin ที่เตรียมจากวิธีการเคลือบไอทางกายภาพแบบ Dcms และ Hipims ต่อความต้านทานการกัดกร่อนของ Ti-6al-4v ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์สามมิติ, สุรดา นิสัยมั่น

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ไทเทเนียมผสม Ti-6Al-4V เป็นวัสดุทางชีวภาพที่นิยมใช้งานทางการแพทย์ที่ขึ้นรูปโดยการพิมพ์สามมิติถูกเคลือบฟิล์มบาง TiN ด้วยเทคนิค DC magnetron sputtering (DCMS) และ High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS หรือ HPPMS) ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคนิคการเคลือบไอทางกายภาพ (PVD) โดยเวลาในกระบวนการเคลือบผิวแตกต่างกันคือ 5, 10 และ 25 นาที เทคนิค HiPIMS เป็นเทคนิคการเคลือบผิวที่ได้รับการพัฒนามาจากเทคนิค DCMS แต่เนื่องจาก HiPIMS เกิดการไอออนไนเซชันจากพัลส์พลังงานสูง ความหนาแน่นพลังงานสูงที่ส่งไปยังวัสดุเป้าหมายนั้นอยู่ในระดับ kW/cm2 ในขณะที่เทคนิค DCMS มีความหนาแน่นพลังงานในระดับ W/cm2 สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางกลของชั้นเคลือบ TiN ถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนภาคสนาม (FE-SEM), X-ray diffractrometer (XRD), กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และทดสอบสมบัติการยึดติด (Scratch test) พฤติกรรมการกัดกร่อนตรวจสอบด้วย electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization และ Accelerated cyclic electrochemical technique (ACET) ทดสอบภายใต้สารละลายโซเดียมคลอไรด์ ความเข้มข้น 1 โมลาร์ การเคลือบผิวด้วยเทคนิค HiPIMS นำไปสู้โครงสร้างชั้นเคลือบลักษณะอิควิแอกซ์ที่หนาแน่นมากกว่าโครงสร้างคอลัมนาร์จากเทคนิค DCMS และเทคนิค HiPIMS ยังนำไปสู่การเพิ่มสมบัติทางกลและสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนที่ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้เวลาที่ใช้ในกระบวนการเคลือบที่นานมากขึ้น นำไปสู่ความต้านทานการกัดกร่อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผลของซิลิกาจากเถ้าแกลบต่อสมบัติทางกลของมอร์ต้าเมื่อสัมผัสอุณหภูมิสูง, กันตพงศ์ บุญทวี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้เป็นการนำเถ้าแกลบ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการนำแกลบข้าวเผาเป็นเชื้อเพลิงในโรงสีข้าว โดยนำมาประยุกต์ใช้ในการเป็นวัตถุดิบสำหรับทดแทนการใช้ปูนซีเมนต์ เพื่อผลิตเป็น มอร์ต้า สำหรับทดสอบความสามารถในการรับแรงอัดเมื่อได้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ซึ่งงานวิจัยนี้แบ่งออกเป็น สอง ส่วน ส่วนที่หนึ่ง เป็นการศึกษาคุณลักษณะและเตรียมเถ้าแกลบที่ได้จากโรงสีข้าวสำหรับในการนำไปผสมปูนซีเมนต์ โดยจะตรวจสอบสารปะกอบทางเคมีของเถ้าแกลบ ด้วย เครื่องวิเคาะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRF) ผลที่ได้เถ้าแกลบมีปริมาณ ซิลิกาสูงถึง 93.5 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนัก ซึ่งจะเตรียมเถ้าแกลบผ่านตระแกรงร่อนทั้งหมด 3 เบอร์ โดยจะผสมกับปูนซีเมนต์ที่ปริมาณ 5% 10% และ 15% ของน้ำหนักปูนซีเมนต์ ส่วนที่สอง เป็นการศึกษาสมบัติทางกลและคุณลักษณะของปูนซีเมนต์ผสมเถ้าแกลบก่อนและหลังผ่านอุณหภูมิสูง ที่อายุบ่ม 28 วัน ด้วย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกวาด (SEM) และเครื่องวิเคาะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) โดยจะให้ความร้อนชิ้นงาน ที่ 400๐C และ 800๐C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และ ตรวจสอบกำลังอัด กับคุณลักษณะของมอร์ต้า ผลที่ได้มอร์ต้าผสมเถ้าแกลบกำลังอัดมีค่ามากกว่ามอร์ต้าแบบไม่ผสมเถ้าแกลบ ที่อุณหภูมิ 400๐C แต่ที่อุณหภูมิ 800๐C จะมีกำลังอัดใกล้เคียงกัน แต่กำลังอัดโดยรวมที่สูญเสียไปจากการได้รับความร้อน มอร์ต้าที่ผสมเถ้าแกลบมีการสูญเสียกำลังอัดน้อยกว่ามอร์ต้าแบบไม่ผสมเถ้าแกลบ และ จากผลการทดสอบกำลังอัดของมอร์ต้าผสมเถ้าแกลบที่อายุบ่ม 200 วัน พบว่ามีกำลังอัดเพิ่มขึ้นจากการบ่ม 28 วัน ส่วนแนวโน้มของความสามารถในการทนความร้อนเป็นลักษณะเดียวกันกับมอร์ต้าที่บ่ม 28 วัน

Influence Of Rapid Solidification And Wrought Processing On Precipitation Strengthening And Deformation Mechanisms In Al-Sc-Zr Alloys, Yang Yang

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Al-Sc-Zr alloys have drawn increasing attention in the last several decades due to their strengthening and coarsening resistance. In this study, solute concentrations of Sc and Zr were increased beyond their equilibrium solubilities without primary precipitate formation using melt-spinning. The melt-spun ribbon was metallurgically bonded into bulk shape using extrusion. With the proper aging treatment, the mechanical properties of the supersaturated melt-spun ribbon and extruded rod were found to be significantly higher than a baseline dilute alloy. Increased mechanical properties include microhardness, tensile strength at ambient-temperature, and compressive strength and threshold stress at and elevated-temperature. These increases were related to …

Very High Cycle Fatigue Behavior Of Laser Beam-Powder Bed Fused Inconel 718 Considering The Layer Orientation And Surface Finish Effects, Palmer Frye

UNF Graduate Theses and Dissertations

Additive Manufacturing (AM) techniques have recently gained popularity for fabrication of parts used in aerospace applications. Some of these parts may be subjected to cyclic loading at very high frequencies, leading to service life requirements exceeding ten-million cycles (>10⁷ cycles). Therefore, understanding the very high-cycle fatigue (VHCF) behavior of these AM parts is an important step in their design and qualification processes. In this thesis, both high-cycle fatigue (HCF) and VHCF behaviors of Inconel 718, a Ni-base superalloy, manufactured via a Laser Beam-Powder Bed Fusion (LB-PBF) process, are investigated. Uniaxial, fully reversed force-controlled fatigue tests were conducted utilizing …

การยับยั้งการก่อตัวของเดนไดรต์ของขั้วสังกะสีแอโนดโดยการเติมกราฟีนออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอร์รี่ที่ชาร์จไฟได้ชนิดซิงค์ไอออน, จัฟนี อับดุลลา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่ซิงค์-ไอออนแบบชาร์จไฟได้ (ZIBs) กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสังกะสีเป็นธาตุที่อุดมสมบูรณ์มาก ซึ่งกระจายไปทั่วโลกและมีราคาถูกกว่าธาตุอื่นๆ ที่ใช้เป็นอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ ทำให้ ZIB มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปัญหาประการหนึ่งคือการก่อตัวของเดนไดรต์สังกะสี (Zinc dendrites) บนแอโนดของสังกะสีในระหว่างกระบวนการประจุ/การคายประจุ (Charge/discharge process) ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงลดลง นำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงเนื่องจากเกิดไฟฟ้าลัดวงจร วิทยานิพนธ์นี้อธิบายการเพิ่มอนุภาคกราฟีนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (GO) ลงในอิเล็กโทรไลต์ใน ZIB ทำหน้าที่เป็นสารเติมแต่งของแข็ง (Solid additive) เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานอันเป็นผลมาจากการยับยั้งการโตของเดนไดรต์สังกะสีบนพื้นผิวแอโนดสังกะสี เมื่อทดสอบโปรไฟล์แรงดันไฟฟ้า (Voltage profiles) พบว่าความต่างศักย์เกิน (Overpotential) ของแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO และแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO ให้อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นห้าเท่าภายใต้ความหนาแน่นกระแส 1 mA cm- 2 หลังจากการใช้งานสามารถพบเดนไดรต์สังกะสีในแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่ง GO เนื่องจากสนามไฟฟ้าในพื้นที่บนผิวแอโนดสังกะสี GO สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่คูลอมบิก (99.16%) ได้อย่างน่าทึ่ง ผ่านการทำให้ลักษณะการชุบ/ปอกสังกะสีมีเสถียรภาพ (Zn plating/stripping process) และส่งเสริมในการเกิดนิวเคลียสของ Zn2+ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มี GO แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านอัตราและความสามารถในการใช้งานเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ที่ปราศจากสารเติมแต่ง GO อิเล็กโทรไลต์ไฮบริดที่มีอนุภาคของแข็งจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนขั้นสูงต่อไปในอนาคต

การศึกษาเชิงเปรียบเทียบของกระบวนการเตรียมผิวและการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าบนอะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีนและพอลิแลคติคแอซิด, วริณธร ศรีสุพรวิชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เนื่องด้วยอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีความต้องการผลิตภัณฑ์จากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกที่สูงขึ้น ด้วยเหตุที่สามารถลดน้ำหนักและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ได้ แต่การศึกษาและพัฒนาวิธีการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพยังคงมีข้อจำกัดและสามารถใช้ได้กับพอลิเมอร์ชนิด ABS (อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) เท่านั้น ซึ่ง ABS เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ในขณะที่สังคมต่าง ๆ มีความตระหนักต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น จึงทำให้มีแนวโน้มการใช้งานพอลิเมอร์ชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติสูงขึ้น โดย PLA (พอลิแลคติคแอซิด) เป็นพอลิเมอร์ชนิดที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถขึ้นรูปได้ง่ายและมีความแข็งแรงสูง แต่ PLA มีโครงสร้างที่แตกต่างกับ ABS จึงทำให้กระบวนการเตรียมผิวเพื่อชุบโลหะด้วยไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันไม่สามารถปรับใช้กับ PLA ได้ ในงานวิจัยนี้จึงได้ทำการขึ้นรูปชิ้นงาน ABS และ PLA ด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติ ระบบ FDM และเตรียมผิวโดย (1) วิธีการกัดผิวและแอคติเวทด้วยแพลเลเดียม, (2) วิธีการเคลือบฟิล์มบางหลายชั้นของพอลิอิเล็กโทรไลต์และแอคติเวทด้วยอนุภาคนาโนของเงิน และ (3) วิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้า เพื่อทำการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าและศึกษาเชิงเปรียบเทียบกับชิ้นงาน ABS ที่เตรียมผิวด้วยวิธีการตามอุตสาหกรรม ซึ่งได้ทำการศึกษาโครงสร้างจุลภาค, องค์ประกอบทางเคมีและประสิทธิภาพในการชุบไฟฟ้าด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และศึกษาความสามารถในการยึดติดของชั้นเคลือบด้วยเทปกาวและการทดสอบรอยขีดข่วน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสามารถทำการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนชิ้นงาน ABS และ PLA ที่เตรียมผิวด้วยวิธีต่าง ๆ ได้ โดยอัตราเร็วในการชุบไฟฟ้าของชิ้นงานมีค่าแตกต่างกันในช่วง 1.2-1.9 ไมโครเมตร/นาที ภายหลังการชุบโลหะทองแดงด้วยไฟฟ้าพบว่าชิ้นงานตัวอย่างทั้งหมดมีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดี โดยพบว่าการเตรียมผิวด้วยวิธีการทาสีเงินนำไฟฟ้าทำให้ชั้นเคลือบมีความสามารถในการยึดตึดสูงกว่าวิธีการเตรียมผิวในปัจจุบัน 1-2 เท่า อย่างไรก็ตามพบว่าวิธีการเตรียมผิวแต่ละวิธีมีข้อได้เปรียบ-เสียเปรียบที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการศึกษาและพัฒนากระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าลงบนพลาสติกได้ในอนาคต