High-temperature oxidation of a Ni-based superalloy was analyzed with samples taken from gas turbine blades, where the samples were heat-treated and thermally exposed. The effect of Cr/Ti/Al elements in the alloy on high temperature oxidation was investigated using an optical microscope, SEM/EDS, and TEM. A high-Cr/high-Ti oxide layer was formed on the blade surface under the heat-treated state considered to be the initial stage of high-temperature oxidation. In addition, a PFZ (γ' precipitate free zone) accompanied by Cr carbide of Cr23C6 and high Cr-Co phase as a kind of TCP precipitation was formed under the surface layer. Pits of several ㎛ depth containing high-Al content oxide was observed at the boundary between the oxide layer and PFZ. However, high temperature oxidation formed on the thermally exposed blade surface consisted of the following steps: ① Ti-oxide formation in the center of the oxide layer, ② Cr-oxide formation surrounding the inner oxide layer, and ③ Al-oxide formation in the pits directly under the Cr oxide layer. It is estimated that the Cr content of Ni-based superalloys improves the oxidation resistance of the alloy by forming dense oxide layer, but produced the σ or µ phase of TCP precipitation with the high-Cr component resulting in material brittleness.
To develop a high capacity lithium secondary battery, a new approach to anode material synthesis is required, capable of producing an anode that exceeds the energy density limit of a carbon-based anode. This research synthesized carbon nano silicon composites as an anode material for a secondary battery using the RF thermal plasma method, which is an ecofriendly dry synthesis method. Prior to material synthesis, a silicon raw material was mixed at 10, 20, 30, 40, and 50 wt% based on the carbon raw material in a powder form, and the temperature change inside the reaction field depending on the applied plasma power was calculated. Information about the materials in the synthesized carbon nano silicon composites were confirmed through XRD analysis, showing carbon (86.7~52.6 %), silicon (7.2~36.2 %), and silicon carbide (6.1~11.2 %). Through FE-SEM analysis, it was confirmed that the silicon bonded to carbon was distributed at sizes of 100 nm or less. The bonding shape of the silicon nano particles bonded to carbon was observed through TEM analysis. The initial electrochemical charging/discharging test for the 40 wt% silicon mixture showed excellent electrical characteristics of 1,517 mAh/g (91.9 %) and an irreversible capacity of 133 mAh/g (8.1 %).
The microstructure and mechanical properties of Cr-Ni steel and Cr-Ni steel-matrix nanocomposites reinforced with nano-ZrO2 particles were investigated in this study. Cr-Ni steel and Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites were produced using a combination of high-energy ball milling, pressing, and sintering processes. The microstructures of the specimens were analyzed using EDX and XRD. Compression and hardness tests were performed to determine the mechanical properties of the specimens. Nano-ZrO2 particles were effective in preventing chrome carbide precipitate at the grain boundaries. While t-ZrO2 was detected in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, m-ZrO2 could not be found. Few α'-martensite and deformation bands were formed in the microstructures of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites. Although nano-ZrO2 particles had a negligible impact on the strength improvement provided by deformation-induced plasticity mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, the mechanical properties of Cr-Ni steel were significantly improved by using nano-ZrO2 particles. The hardness and compressive strength of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite were higher than those of Cr-Ni steel and enhanced as the weight fraction of nano-ZrO2 particles increased. Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite with 5wt.% nano-ZrO2 particles had almost twofold the hardness and compressive strength of Cr-Ni steel. The nano-ZrO2 particles were considerably more effective on particle-strengthening mechanisms than deformation-induced strengthening mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites.
In this research, the study of the thermoelastic flexural analysis of silicon carbide/Aluminum graded (FG) sandwich 2D uniform structure (plate) under harmonic sinusoidal temperature load over time is presented. The plate is modeled using a simple two dimensional integral shear deformation plate theory. The current formulation contains an integral terms whose aim is to reduce a number of variables compared to others similar solutions and therefore minimize the computation time. The transverse shear stresses vary according to parabolic distribution and vanish at the free surfaces of the structure without any use of correction factors. The external load is applied on the upper face and varying in the thickness of the plates. The structure is supposed to be composed of "three layers" and resting on nonlinear visco-Pasternak's-foundations. The governing equations of the system are deduced and solved via Hamilton's principle and general solution. The computed results are compared with those existing in the literature to validate the current formulation. The impacts of the parameters (material index, temperature exponent, geometry ratio, time, top/bottom temperature ratio, elastic foundation type, and damping coefficient) on the dynamic flexural response are studied.
Latiful Kabir;Yeon Woo Choi;Yun Seo Shin;Yeon Ji Shin;Geun Chan Kim;Jun Hyeok Choi;Jo Eun Kim;Young Jun Joo;Kwang Youn Cho;Hyuk Kim;Je-Woo Cha;Won-Chun Oh
한국재료학회지
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제34권6호
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pp.275-282
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2024
In this work, we investigated the photo-degradation performance of MnO2-SiC fiber-TiO2 (MnO2-SiC-TiO2) ternary nanocomposite according to visible light excitation utilizing methylene blue (MB) and methyl orange (MO) as standard dyes. The photocatalytic physicochemical characteristics of this ternary nanocomposite were described by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), tunneling electron microscopy (TEM), ultraviolet-visible (UV-vis), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), photocurrent and cyclic voltammogram (CV) test. Photolysis studies of the synthesized MnO2-SiC-TiO2 composite were conducted using standard dyes of MB and MO under UV light irradiation. The experiments revealed that the MnO2-SiC-TiO2 exhibits the greatest photocatalytic dye degradation performance of around 20 % with MB, and of around 10 % with MO, respectively, within 120 min. Furthermore, MnO2-SiC-TiO2 showed good stability against photocatalytic degradation. The photocatalytic efficiency of the nanocomposite was indicated by the adequate photocatalytic reaction process. These research results show the practical application potential of SiC fibers and the performance of a photocatalyst composite that combines these fibers with metal oxides.
본 연구에서는 SiC(Silicon Carbide) 분말의 순도와 결정 성장 후 냉각 속도를 제어하여 PVT(Physical Vapor Transport) 방법으로 성장한 4인치 HPSI(High-Purity Semi-Insulating)-SiC 단결정의 저항 특성을 조사하였다. 순도가 다른 2개의 β-SiC 분말을 사용하였고, 성장 후 냉각 속도를 조절하여 다양한 저항값을 얻었다. 성장된 결정의 투과/흡수 스펙트럼 및 결정 품질은 각각 UV/VIs/NIR 분석과 XRD Rocking curve 분석을 이용하였으며, 비접촉 비저항 분석을 통해 전기적 특성을 조사하여 비저항 특성에 우세한 영향을 미치는 주요 요인을 확인하였다.
This study explores the feasibility of employing (U, Th)-based accident tolerant fuels (ATFs), specifically (0.8UO2, 0.2ThO2), (0.8UN, 0.2ThN), and (0.8UC, 0.2ThC). The investigation assesses the overall performance of these proposed fuel materials in comparison to the conventional UO2, focusing on deep neutronic and thermal-hydraulic (Th) analyses. Neutronic analysis utilized the MCNPX code, while COMSOL Multiphysics was employed for thermal-hydraulic analysis. The primary objective of this research is to overcome the limitations associated with traditional UO2 fuel by exploring alternative fuel materials that offer advantages in terms of abundance and potential improvements in performance and safety. Given the limited abundance of UO2, long-term sustainable nuclear energy production faces challenges. From a neutronic standpoint, the U-Th based fuels demonstrated remarkable fuel cycle lengths, except (0.8UN, 0.2ThN), which exhibited the minimum fuel cycle length and, consequently, the lowest fuel burn-up. Regarding thermal-hydraulic performance, (0.8UN, 0.2ThN) exhibited outstanding performance with significant margins against fuel melting compared to the other materials. Overall, when considering the integrated performance, the most favourable results were obtained with the use of the (0.8UC, 0.2ThC) fuel configurations. This study contributes valuable insights into the potential benefits of (U, Th)-based ATFs as a promising avenue for enhanced nuclear fuel performance.
Nur Maizatul Shima Adzali;Nurul Abidah Mohamad Khapeli;Alina Rahayu Mohamed
Advances in materials Research
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제13권3호
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pp.183-194
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2024
D3 tools steel and 440C stainless steel (SS) are normally being employed for application such as knife blade and cutting tools. These steels are iron alloys which have high carbon and high chromium content. In this study, lab work focused on the microstructural and corrosion behavior of D3 tools steel and 440C SS after went through heat treatment processes. Heat treatments for both steels were started with normalizing at 1020 ℃, continue with hardening at 1000 ℃followed by oil quenching. Cryogenic treatment was carried out in liquid nitrogen for 24 hours. The addition of cryogenic heat treatment is believed to increase the hardness and corrosion resistance for steels. Both samples were then tempered at two different tempering temperatures, 160 ℃ and 426 ℃. For corrosion test, the samples were immersed in NaCl solution for 30 days to study the corrosion behavior of D3 tool steel and 440C SS after heat treatment. The mechanical properties of these steels have been investigated using Rockwell hardness machine before heat treatment, after heat treatment (before corrosion) and after corrosion test. Microstructure observation of samples was carried out by scanning electron microscopy. The corrosion rate of these steels was calculated after the corrosion test completed. From the results, the highest hardness is observed for D3 tool steel which tempered at 160 ℃(54.1 HRC). In terms of microstructural analysis, primary carbide and pearlite in the as-received samples transform to tempered martensite and cementite after heat treatment process. From this research, for corrosion test, heat treated 440C SS sample tempered with 426 ℃possessed the excellent corrosion resistance with corrosion rate 0.2808 mm/year.
대기 중 레이저 빔 전파 시 대기 난류에 의한 악영향을 해소하고 빔품질을 향상시키기 위해서 적응광학을 사용한다. 본 논문에서는 장거리 레이저 전송을 위한 적응광학계의 핵심 부품인 변형거울의 정밀 조립 방법을 제안한다. 변형거울은 거울판과 구동기, 플렉셔(flexure)로 구성되며 이 부품들을 정밀하게 조립하는 것이 성능을 좌우한다. 본 논문에서는 지그의 설계/제작을 통해 고밀집 다채널 실리콘-카바이드 변형거울을 완성했으며, 변형거울 성능 확인을 통해 제안한 방법의 유효성을 검증했다.
Qiankun Shao;Qingjun Zhu;Yuling Wang;Shaobao Kuang;Jie Bao;Songlin Liu
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2153-2162
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2024
The purpose of this study is to develop a high-energy neutron shielding material applied in proton therapy environment. Composite shielding material consisting of 10.00 wt% boron carbide particles (B4C), 13.64 wt% surface-modified cross-linked polyethylene (PE), and 76.36 wt% tungsten particles were fabricated by hot-pressure sintering method, where the optimal ratio of the composite is determined by the shielding effect under the neutron field generated in typical proton therapy environment. The results of Differential Scanning Calorimetry measurements (DSC) and tensile experiment show that the composite has good thermal and mechanical properties. In addition, the high energy-neutron shielding performance of the developed material was evaluated using cyclotron proton accelerator with 100 MeV proton. The simulation shows a 99.99% decrease in fast neutron injection after 44 cm shielding, and the experiment result show a 99.70% decrease. Finally, the shielding effect of replacing part of the shielding material of the proton therapy hall with the developed material was simulated, and the results showed that the total neutron injection decreased to 0.99‰ and the neutron dose reduced to 1.10‰ before the enhanced shielding. In summary, the developed material is expected to serve as a shielding enhancement material in the proton therapy environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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