Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Copper --- Metallurgy.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Door selectief laser sinteren / smelten (SLS/SLM) van Fe – Cu – Fe3+xP – Ni poeder werd de performantie van de beschikbare machines voor de productie van ijzergebaseerde objecten met hoge dichtheid geëvalueerd. Een tweede deel van deze studie handelt over het effect van procesparameters, legeringelementen (C, Si, Ti en Cu) en zuurstof op het gedrag van Fe tijdens selectief laser smelten (SLM). In gepulste laser mode en bij een hoge laserintensiteit veroorzaakt verdamping van het materiaal een druk op het oppervlak van het smeltbad. Deze druk verbetert bij gematigde waarden de verdichting tijdens SLM. Voorwerpen met een dichtheid tot 95% werden geproduceerd uitgaande van Fe – Cu – Fe3+xP – Ni, Fe en Fe – C (0.2 –0.8 gew%) poeders. De stabiliteit van een ijzergebaseerd smeltbad tijdens SLM op een poederbed wordt in continue laser mode bepaald door de scansnelheid, het zuurstofgehalte in de atmosfeer en de aanwezige legeringelementen. Deze afhankelijkheid wordt hoofdzakelijk verklaard door het effect van deze factoren op de lengte tot diameter verhouding van het smeltbad en op de kinetica van Rayleigh instabiliteit. Een correlatie tussen enerzijds de oppervlaktemorfologie en de porositeit van driedimensionale stukken en anderzijds het effect van proces- en materiaalparameters op de fysische fenomenen die optreden tijdens SLM wordt voorgesteld. Er werd vastgesteld dat de warmtevrijgave als gevolg van oxidatie van Fe of van legeringelementen zoals C, Si of Ti in vele gevallen het gedrag van ijzergebaseerde poeders tijdens SLM bepaalt. Selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of Fe – Cu – Fe3+xP – Ni powder is performed to evaluate the feasibility to manufacture iron-based parts with a high density. A second part focuses on the effect of process parameters, alloying elements (C, Si, Ti and Cu) and oxygen on the behaviour of Fe during selective laser melting (SLM). In pulsed laser mode at high energy intensities strong evaporation of the material induces a recoil pressure that acts on the melt pool, facilitating the densification at intermediate pressure values. Parts with a density of up to 95% are produced from Fe – Cu – Fe3+xP – Ni, Fe and Fe – C (0.2 – 0.8 wt% C) powders. The stability of an iron-based melt pool created during SLM in continuous laser mode on top of a loose powder bed is largely affected by the scan speed, the oxygen content in the atmosphere and alloying elements. This is mainly explained in terms of their effect on the aspect ratio of the melt pool and on the kinetics of Rayleigh instability. A correlation between the surface morphology and porosity of three-dimensional parts on the one hand and the effect of process and material parameters on the physical phenomena during SLM on the other hand is proposed. The heat release during oxidation of Fe or of alloying elements such as C, Si or Ti has a large impact on the quality of a part after SLM. Het produceren van een metallisch stuk gaat bijna steeds gepaard met machinale bewerkingen die materiaal lokaal wegnemen, zoals boren of frezen. Bij ‘Rapid Prototyping’ (RP) processen echter wordt op een additieve manier een stuk geproduceerd door opeenvolgend lagen materiaal laag na laag met elkaar te verbinden. Dit biedt talrijke voordelen zoals ondermeer een relatief korte productietijd en de mogelijkheid om objecten met zeer complexe vorm te vervaardigen. ‘Selectief laser sinteren en smelten’, het op één na meest gebruikte RP proces, is in deze thesis onderzocht. In dit proces bestraalt een bewegende laser het oppervlak van een poeder bed volgens een gedefinieerd patroon. De laserstraal zorgt ervoor dat de fijne poederdeeltjes opwarmen, waardoor de deeltjes zich aan elkaar hechten en aan het materiaal onder de poederlaag. Nadat de laag afgewerkt is, wordt een nieuwe laag poeder op de vorige aangebracht en herhaalt het proces zich tot het uiteindelijke object bekomen wordt. Om een stuk met hoge sterkte en lage porositeit te bekomen wordt het bestraalde poeder volledig of toch in grote mate gesmolten. Het onderzoek in deze thesis heeft zich toegespitst op ijzergebaseerde poederdeeltjes. Er is meer inzicht verkregen in welke fysische processen het gedrag van het materiaal tijdens het proces en de kwaliteit van het finale object bepalen. Het onderzoek omvat zowel experimenten als modellering van het warmtetransport in het poederbed tijdens laserbestraling.

Academic collection --- 669 --- Metallurgy --- Theses --- 669 Metallurgy

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Natural fibres are a realistic and ecological alternative to synthetic fibres as reinforcement for polymer composite materials due to their low cost, environmental friendliness, natural abundance, and mechanical properties. The latter allows the design of composite materials to meet specific mechanical properties. For instance, bamboo exhibits a combination of low density (~1.4 g/cm³) and high stiffness (~43 GPa) and strength (~800 MPa), while coir fibres are not very strong and stiff, but exhibit high strain to failure (approximately 40%).However, their potential as reinforcing agent is reduced when compatibility problems with polymer matrices arise at the interface. The generally hydrophilic nature of natural fibres produces low interfacial interactions with certain important hydrophobic thermoplastic matrices, such as polyethylene and polypropylene, leading to a poor interfacial strength.Mechanical properties of composite materials can be greatly affected by the bond strength at the fibre-matrix interface. When a composite structure is loaded, the load is transferred from the matrix to the fibres mainly through shear stresses at the interface. Load transfer increases with increasing interfacial (shear) stresses, thus improving the composite strength. The adhesion at the interface can be described as a combination of physical adhesion (related to wettability), chemical bonding, and mechanical interlocking. In this study, the wettability and compatibility of the fibre and the matrix is assessed by the analysis of their surface energies. This is done by measuring contact angles, which is a quantitative measure of solid-liquid molecular interactions and thus provides information on the surface energy of solids.This dissertation develops an interdisciplinary and integrated approach that deals with the physical, chemical, and mechanical aspects of natural bamboo fibre composite interfaces. The wetting and mechanical behaviour at the interface of smooth and isotropic synthetic fibres (glass, polyethylene terephthalate) are compared with that of a rough and anisotropic natural fibre (bamboo). Atomic force microscopy (AFM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), and optical profilometry techniques were used to study the fibres topography and chemistry. A new approach, based on an autoclave treatment, to reduce the noise in performing contact angle measurements on rough natural fibre surfaces is presented. The results indicate that the high concentration of lignin on the surface of bamboo fibres is responsible for their surface wetting properties.The wetting dynamics of various test liquids on bamboo fibres is analysed by applying the molecular-kinetic theory of wetting. The surface free energy components are calculated according to the acid–base theory. These values are then used to calculate the theoretical work of adhesion, spreading coefficient, wetting tension, and interfacial energy for analysing the fibre-matrix compatibility. Additionally, a novel way to measure equilibrium contact angles by using sound excitation is proposed. This way it is possible to better take into account both polar and dispersive surface energy components. The findings suggest that the contact angle obtained by forcing relaxation through acoustic vibration is a reliable method to study the wetting behaviour of natural fibres.Moreover, understanding of the stress state in the composite after processing and during mechanical testing is required for a correct analysis of adhesion properties. The mechanical strength of the interfaces was assessed by single fibre pull-out tests, and transverse 3-point bending tests. The fibre matrix interfacial bond strength was characterized by the critical local value of interfacial shear stress. Since during crack initiation in the pull-out test, the crack surfaces move directly apart, it is possible to correctly relate the theoretical work of adhesion with the normal stress at the debond point. This radial normal stress at the interface at the moment of crack initiation is also used in this study as a parameter for correlating thermodynamic work of adhesion and practical adhesion.