Improving corrosion resistance of epoxy coatings modified with silane monomers on AZ31D magnesium alloy

Abstract

In recent years, there has been growing interest in developing high performance silane containing epoxy coatings. In this work, two silane monomers (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and vinyltrimethoxy silane) were incorporated in epoxy coatings. The results demonstrated that the incorporation of 5 wt-% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in coating formulation improved the anticorrosive performance of the epoxy coating on AZ31D magnesium alloy. The improving effect of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was much better than that of vinyltrimethoxy silane, which can be ascribed to the compatibility of the former with epoxy vehicle. The adhesion between epoxy coatings and substrate was also strengthened by addition of the two silane monomers.

Ces dernières années, on note un intérêt grandissant dans le développement de revêtements à haute performance de résine époxy contenant du silane. Dans ce travail, on a incorporé deux monomères de silane (3-glycidoxypropyltriméthoxysilane et vinyltriméthoxy silane) dans des revêtements de résine époxy. Les résultats ont démontré que l’incorporation de 5% en poids de 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane dans la formule du revêtement améliorait le rendement anti-corrosif du revêtement de résine époxy sur l’alliage au magnésium AZ31D. L’amélioration du 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane était bien meilleure que celle du vinyltriméthoxy silane, ce que l’on peut attribuer à la compatibilité du premier avec le véhicule de la résine époxy. L’adhésion entre les revêtements de résine époxy et le substrat était également renforcée par l’addition des deux monomères de silane.     

Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. I

The initial freeze-lining growth rate in calcium ferrite slags at copper saturation is high and comparable to iron silicate slags. The entire freeze-lining layer is crystalline, from the cold end to its hot-face in contact with the molten slag. Industrial copper converting slags from a continuous flash converting furnace, processing solid high-grade matte to blister copper, generate a thin calcium sulphate bonding layer against the water-cooled metal surface during the very first minutes of the slag-to-cooling element contact. The rare solidification behaviour was observed using the water-cooled probe technique in rotating MgO crucibles, at slag temperatures of 1325°C when liquidus temperature of the flash converting slag was estimated to locate at about 1245°C. The body of the freeze lining is mostly composed of magnetite, various mixed calcium–copper ferrites and delafossite embedded in an intergranular phase of metallic copper and some copper oxide. The arsenic oxides dissolved in the slag are precipitated as solid calcium arsenates in the freeze lining.

La vitesse initiale de croissance du revêtement de gel des scories de ferrite de calcium saturées en cuivre est élevée et comparable à celle des scories de silicate de fer. Toute la couche du revêtement de gel est cristalline, de l’extrémité froide jusqu’à sa face chaude en contact avec la scorie fondue. Les scories industrielles de cémentation de cuivre d’un four éclair de cémentation en continu, transformant une matte solide de haute qualité en un cuivre ampoulé, engendrent une mince couche de liaison de sulphate de calcium contre la surface de métal refroidie à l’eau lors des toutes premières minutes du contact de la scorie avec l’élément de refroidissement. On a observé ce comportement rare de solidification en utilisant la technique de la sonde refroidie à l’eau dans des creusets de MgO en rotation. La température de la scorie était de 1325°C alors que la température de liquidus de la scorie de cémentation éclair était estimée à environ 1245°C. Le corps du revêtement de gel est composé principalement de magnétite, de diverses ferrites mélangées de calcium et cuivre et de délafossite, qui sont incluses dans une phase intergranulaire de cuivre métallique et d’un peu d’oxyde de cuivre. Les oxydes d’arsenic dissous dans la scorie sont précipités dans le revêtement de gel sous forme d’arséniates solides de calcium.     

Conductive polymer coating for anodes used in zinc electrowinning

Abstract

In this study polypyrrole was coated on the lead silver alloy (0·5 wt-%) using electrochemical synthesis. The performance of the coating on the lead alloy corrosion behaviour in a severe corrosive electrolyte has been evaluated. Also, the morphology of polypyrrole coating was studied utilising scanning electron microscopy (SEM). The results show that the protective layer of polypyrrole decreases the corrosion rate of the anodes by about 30% for the optimum coating condition.

Dans cette étude, on a recouvert l’alliage de plomb et argent (0·5% en poids) avec du polypyrrole en utilisant la synthèse électrochimique. On a évalué le rendement du revêtement sur le comportement à la corrosion de l’alliage de plomb dans l’électrolyte sévèrement corrosif. On a également étudié la morphologie du revêtement de polypyrrole en utilisant le microscopie électronique à balayage (SEM). Les résultats montrent que la couche protectrice de polypyrrole diminue la vitesse de corrosion des anodes par environ 30% en condition optimale du revêtement.     

Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. II

The heat transfer properties of freeze linings generated in laboratory conditions, by industrial calcium ferrite slags from a continuous copper matte flash converting furnace, have been studied in situ in the molten slag using a water cooled probe technique. The measured heat conductivity of the freeze lining formed, estimated from direct measurements in steady state conditions, was 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. The obtained heat conductivity of the freeze lining is 50–100% higher than that of the iron silicate slag freeze linings. The calcium ferrite slag forms a fully crystalline freeze lining. Various ferrites and metallic copper develop the observed high heat conductivity when copper precipitated from the slag during solidification fills the intergranular cavities of the ferrite crystals tightly in forming the freeze lining layer.

On a étudié les propriétés de transfert de chaleur de revêtements de gel engendrés en laboratoire par des scories industrielles de ferrite de calcium, à partir d’un four éclair en continu de cémentation de matte de cuivre, dans la scorie fondue en utilisant la technique du capteur refroidi à l’eau. La conductibilité thermique mesurée du revêtement de gel formé, estimée par des mesures directes en conditions de régime permanent, était de 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. La conductibilité thermique obtenue du revêtement de gel est de 50 à 100% plus élevée que celle des revêtements de gel de scorie de silicate de fer. La scorie de ferrite de calcium forme un revêtement de gel entièrement cristallin. Les différentes ferrites et le cuivre métallique développent la conductibilité thermique élevée observée lorsque le cuivre précipité à partir de la scorie pendant la solidification remplit hermétiquement les cavités intergranulaires des cristaux de ferrite dans la couche de revêtement de gel en formation.     

PERFORMANCE OF HIGH REFLECTANCE MULTIPLE LAYERED THERMAL BARRIER COATING SYSTEMS

Abstract

Afurther increase in gas turbine engine temperature necessitates a continuous development and advancement of thermal barrier coatings. While tremendous effort has been devoted to developing new thermal barrier coating materials and processing methods in order to decrease the thermal conductivity, limited attention has been paid to radiative thermal transport through coatings. It is the purpose of this study to develop a new multiple layered coating structure that can be used to effectively reduce both the radiative thermal transport as well as thermal conductivity and to demonstrate the mechanism and performance of the proposed multiple layered coating structure. Mathematical modelling based on multiple beam interference and simulation results are presented.

Une augmentation supplémentaire de la température de la turbine à gaz nécessite le développement et l’avancement continu des revêtements pour barrière thermique. Alors qu’on a dévolu un effort remarquable au développement de nouveaux matériaux de revêtement pour barrière thermique et aux méthodes de traitements afin de diminuer la conductivité thermique, on a peu porté attention à la transmission thermique radiative à travers les revêtements. C’est le but de cette étude de développer une nouvelle structure de revêtement multicouche, que l’on peut utiliser pour réduire efficacement tant la transmission thermique radiative que la conductivité thermique, et de démontrer le mécanisme et le rendement de la structure proposée de revêtement multicouche. On présente un modèle mathématique basé sur l’interférence à faisceaux multiples ainsi que les résultats de la simulation.     

EFFECT OF COATING PARAMETERS AND HEAT TREATMENT ON THE ADHESIVE PROPERTIES OF ELECTROLESS Ni-P COATINGS

Abstract

The adhesive properties of coatings have pronounced effects on their quality. The effect of various coating parameters and post-deposition heat treatment on the adhesive properties of low and high phosphorus electroless nickel-phosphorus (EN) coatings was investigated using three-point bending tests. The critical load and mid-span deflection were used as measures of the adhesive strength of the coatings.

A good correlation was found between the coating parameters and the critical load and deflection values at crack initiation. The critical load was found to increase with increasing coating thickness for EN-coated specimens tested in the as-deposited condition. The critical load and mid-span deflection of as-plated EN coatings increased with increasing phosphorus content. However, thick coatings cracked at lower deflection values than thin coatings. Post-deposition heat treatment at 400 °C for 1 hour adversely affected the measured indices due to increase in brittleness of the coatings occasioned by the crystallization of nickel crystals and nickel phosphide (NixPy) precipitates. Further, the critical load and deflection values at cracking were found to be dependent upon the mechanical properties of the substrate material.

Les propriétés adhésives des revêtements ont des effets prononcés sur leur qualité. On a investigué l’effet de divers paramètres du revêtement et du traitement thermique après le dépôt sur les propriétés adhésives de revêtements autocatalytiques de nickel–phosphore (EN) à teneur faible ou élevée en phosphore, en utilisant les essais de flexion en trois points. On a utilisé la charge critique et la flèche à mi-portée comme mesures d’adhérence des revêtements. On a trouvé une bonne corrélation entre les paramètres du revêtement et les valeurs de charge critique et de flèche à l’initiation de fissure.

On a trouvé que la charge critique augmentait avec l’augmentation de l’épaisseur du revêtement pour les spécimens revêtus de EN évalués à l’état brut. La charge critique et la flèche à mi-portée des revêtements EN plaqués bruts augmentaient avec une augmentation de la teneur en phosphore. Cependant, les revêtements épais craquaient à des valeurs plus faibles de flèche que les revêtements minces. Le traitement thermique après dépôt, à 400 °C pendant 1 h, affectait défavorablement les indices mesurés à cause de l’augmentation de la fragilité des revêtements, occasionnée par la cristallisation de cristaux de nickel et de précipités de phosphure de nickel (NixPy). De plus, on a trouvé que les valeurs de la charge critique et de flèche à la fissuration étaient dépendantes des propriétés mécaniques du matériau du substrat.     

Influence of stirring conditions on hard anodising of aluminium A6061-T6 shapes

Hard anodising is used to produce relatively thick and adherent coatings in order to improve the hardness, abrasion and corrosion resistance of aluminium components. In typical industrial conditions, the local variation of anodic oxide film thickness is often significant and it affects the dimensional tolerances and reliability of coating thickness. Electrolyte stirring is a simple and effective way to improve the uniformity of the oxide layer thickness. However, very little practical information is available in the literature to guide industry in this regard. In this work, extruded A6061-T6 specimens were anodised in industrial conditions. To reduce the thickness variability of the coating, three methods of electrolyte stirring were studied and compared. Air bubble stirring showed the best coating thickness uniformity and improved control over anodising parameters. However it did not reduce the variability due to metal forming texture.

On utilise l’anodisation dure afin de produire un revêtement d’oxyde épais et adhérent à la surface de pièces en alliage d’aluminium. Ce revêtement accroît la dureté, la résistance à l’abrasion et la résistance à la corrosion des composantes. En milieu industriel, l’épaisseur de la couche d’oxyde a tendance à varier en fonction de la position dans la cellule et même d’un endroit à l’autre sur une pièce, ce qui réduit la précision dimensionnelle. L’agitation de l’électrolyte dans la cellule est un moyen simple et efficace d’améliorer l’uniformité de l’épaisseur du revêtement. Toutefois, très peu d’information est disponible dans la littérature pour guider les industriels et déterminer dans quelle mesure l’agitation permet de réduire cette variabilité. Dans ce travail, des composantes extrudées en alliage A6061-T6 ont été anodisées en milieu industriel. Afin de réduire la variabilité de l’épaisseur de la couche anodisée, trois types d’agitation d’électrolyte dans la cellule ont été étudiés et comparés. L’agitation par bulles d’air a permis d’obtenir la meilleure uniformité de l’épaisseur de la couche anodisée et le meilleur contrôle sur les paramètres d’anodisation. Toutefois, les résultats montrent aussi que l’agitation accentue la différence d’épaisseur de la couche anodisée occasionnée par la texture de laminage ou d’extrusion.     

High Temperature Oxidation of Copper and Copper Aluminum Alloys

Abstract

Small amounts of aluminum (1 to 3 wt% Al) were alloyed with copper to study oxidation resistance at high temperatures. Pure copper and the alloyed samples were oxidized from 700 to 1000 °C in air for various lengths of time. The oxidation rates of the samples increased with temperature. The oxidation rates of pure copper and the 1 wt% Al sample were found to follow parabolic rate law kinetics in the temperature range studied indicating diffusion controlled growth. The oxidation resistance of the 2 wt% Al alloy disappeared between 800 and 900 °C. It was found that the 3% Al-Cu samples oxidized at a rate 100 times lower than that of pure copper. The activation energy of copper oxidation at 122 kJ/mol was found to be very close to reported values.

On a allié de petites quantités d’aluminium (1 à 3% Al en poids) avec du cuivre afin d’étudier la résistance à l’oxydation à des températures élevées. On a oxydé le cuivre pur et les échantillons alliés entre 700 et 1000 °C, à l’air, sur des durées variées. Le taux d’oxydation des échantillons augmentait avec la température. On a trouvé que le taux d’oxydation du cuivre pur et celui de l’échantillon de 1% en poids d’Al suivaient une loi cinétique à taux parabolique dans le domaine de température étudié, indiquant une croissance contrôlée par la diffusion. La résistance à l’oxydation de l’alliage à 2% en poids d’Al disparaissait entre 800 et 900 °C. On a trouvé que les échantillons de 3% Al-Cu s’oxydaient à un taux 100 fois plus faible que celui du cuivre pur. L’énergie d’activation de l’oxydation du cuivre, à 122 kJ/mol, se rapproche des valeurs rapportées.     

Effect of different cooling rates on the microstructure of Cu–Al–Fe alloy

Abstract

The phases obtained in copper aluminium bronze alloy (Cu–10Al–2Fe) cast into a permanent die were investigated. The parameters examined were the preheating temperatures of the die and the graphite coating thickness. The phases α and γ₂ were detected as well as the metastable phases β′ and γ′. The intermetallics of the system Fe–Al were obtained in various stoichiometric compositions. The different cooling rates of the casting resulted in two mechanisms of transformation to α grains out of the unstable β phase, one being nucleation and growth producing needle shaped α grains and the other exhibiting a massive transformation to spherical α grains.

On a étudié les phases obtenues dans l’alliage de cuivre aluminium bronze (Cu–10Al–2Fe) coulé dans un moule permanent. Les paramètres examinés incluaient les températures de préchauffage du moule et l’épaisseur du revêtement de graphite. On a détecté les phases α et γ₂ ainsi que les phases métastables β′ et γ′. On a obtenu les composés intermétalliques du système Fe–Al sous des compositions stoechiométriques variées. Les différentes vitesses de refroidissement du moulage ont résulté en deux mécanismes de transformation en grains α à partir de la phase β instable, l’un étant la nucléation et la croissance produisant des grains α en forme d’aiguille, l’autre exhibant une transformation massive en grains α sphériques.     

Isothermal oxidation behaviour of beta gamma powder metallurgy TiAl–4Nb–3Mn alloys

Abstract

A new TiAl–4Nb–3Mn beta gamma alloy was synthesised by a powder metallurgy process. HIPed and vacuum heat treated specimens were isothermally oxidised at 800 and 900°C in air up to 500 h. The TiAl–4Nb–3Mn alloys oxidised parabolically up to 500 h at both 800 and 900°C. The oxides consisted of outer TiO₂ layer, intermediate Al₂O₃ layer and inner TiO₂ rich mixed layer and the oxidation mechanisms of the alloy were identical at both temperatures. During oxidation, the degradation of α₂ lamellae in the vicinity of the interface forms a diffusion zone (lamellar depleted zone) leading to the formation of Nb and Mn rich white layers just below the interface by outward diffusion of Nb and Mn which are released from breakdown of α₂ lamellae. As exposure time increases, Nb begins to diffuse earlier than Mn and diffuses more actively at higher temperature. The activation energy for oxidation of TiAl–4Nb–3Mn alloy was lower than that of Ti–48Al alloy and was higher than those of Ti–48Al–2Nb–2Cr and Ti–48Al–2Nb–2Cr–W alloys.

On a synthétisé un nouvel alliage TiAl–4Nb–3Mn de type bêta gamma par un procédé de métallurgie des poudres. On a oxydé en isotherme à 800 et à 900°C à l’air, jusqu’à une durée de 500 heures, les spécimens pressés par HIP et traités thermiquement sous vide. Les alliages de TiAl-4Nb-3Mn s’oxydaient paraboliquement jusqu’à 500 heures tant à 800°C qu’à 900°C. Les oxydes consistaient en une couche externe de TiO₂, en une couche intermédiaire d’Al₂O₃ et en une couche interne mixe riche en TiO₂ et les mécanismes d’oxydations de l’alliage étaient identiques aux deux températures. Lors de l’oxydation, la dégradation de lamelles d’α₂ dans le voisinage de l’interface forme une zone de diffusion (zone lamellaire appauvrie) menant à la formation de couches blanches riches en Nb et en Mn juste au-dessous de l’interface par diffusion vers l’extérieur du Nb et du Mn, qui sont relâchés par la dégradation des lamelles d’α₂. À mesure que la durée de l’exposition augmente, le Nb commence à se diffuser plus tôt que le Mn et se diffuse plus activement à une température plus élevée. L’énergie d’activation pour l’oxydation de l’alliage de TiAl–4Nb–3Mn était plus basse que celle de l’alliage de Ti–48Al et était plus élevée que celle des alliages de Ti–48Al–2Nb–2Cr et de Ti–48Al–2Nb–2Cr–W.     

Interfacial morphologies between NiO–YSZ fuel electrode/316 stainless steel as interconnect material and B‐Ni3 brazing alloy in solid oxide fuel cell system: effect of joint loading during brazing

Abstract

Joining of NiO–YSZ composite with 316 stainless steel was carried out using B‐Ni3 brazing filler alloy (Ni–4·5Si–3·2B–0·06C–0·02P, wt‐%; melting point, 982–1038°C) and two samples were fabricated. On the one hand, interfacial (chemical) reactions during brazing at the NiO–YSZ/316 stainless steel interconnect were promoted only by addition of an electroless nickel plate to NiO–YSZ composite as a coating with relevant process variables and procedures optimised during the electroless nickel plating. On the other hand, moderate loading was applied during brazing normal to the joint surface where electroless nickel plate was coated previously to improve interfacial sealing of the NiO–YSZ cermet anode/316 stainless steel interconnect structure for use in a solid oxide fuel cell. A special fixture for static loading was designed for filler metal alloy strips to be preplaced at the joint surface where static loading was applied perpendicular to it for the promotion of liquid alloy layer formation during brazing. Brazing was performed in a cold wall vacuum furnace at 1080°C and post‐brazing examination of interfacial morphologies between NiO–YSZ composite and 316 stainless steel was performed using SEM and EDS analyses. The results indicate that B‐Ni3 brazing filler alloy was fused fully during brazing and continuous interfacial layer formation and joint integrity were significantly affected by applied static loading during brazing. The loading most probably contributed to promotion of the B‐Ni3 liquid phase formation in the joint. However, the thickness of the interface area remained almost the same at 100?μm for loaded and unloaded joints.

On a assemblé le composite NiO–YSZ avec l’acier inoxydable 316 en utilisant l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 (4·5% en poids Si, 3·2% en poids B, 0·06% en poids C, 0·02% en poids P, et le reste, Ni, point de fusion 982–1038°C) et l’on a fabriqué deux échantillons. D’un côté, on a stimulé les réactions interfaciales (chimiques) lors du brasage à l’interconnexion NiO–YSZ/acier inoxydable 316 uniquement par addition d’un revêtement autocatalytique de nickel au composite NiO/YSZ, les variables pertinentes du procédé et les procédures étant optimisées lors du dépôt autocatalytique de nickel. D’un autre côté, lors du brasage, on a appliqué une charge modérée, normale à la surface du joint, où l’on avait auparavant déposé le nickel autocatalytique, pour améliorer le scellement interfacial de la structure de l’interconnexion de l’anode cermet NiO–YSZ/acier inoxydable 316 pour utilisation dans une SOFC (pile à combustible à oxyde solide). On a créé un montage spécifique pour charge statique pour que les rubans d’alliage de métal d’apport soient préplacés à la surface du joint où la charge statique était appliquée perpendiculaire à celui‐ci pour promouvoir la formation d’une couche d’alliage liquide lors du brasage. On a effectué le brasage dans un four à vide à paroi froide à 1080°C et, après le brasage, on a examiné les morphologies interfaciales entre le composite NiO–YSZ et l’acier inoxydable 316 en utilisant les analyses de SEM et d’EDS. Les résultats indiquent que l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 était complètement fusionné lors du brasage et la formation d’une couche interfaciale, continue, ainsi que l’intégrité du joint étaient affectées significativement par la charge statique appliquée lors du brasage. La charge a fort probablement contribué à la promotion de la formation de la phase liquide de B‐Ni3 dans le joint. Cependant, l’épaisseur de la région d’interface demeurait presque la même à 100?μm pour les joints avec ou sans charge.     

Effect of damaged liners and roping on classification performed by 6 inch hydrocyclone

Abstract

Mineral processing plants use hydrocyclones to classify coarse and fine particles. The hydrocyclone is a robust piece of equipment whose operation can be hampered by mechanical and operation problems. This paper assesses the effect of mechanical defects and roping on the partition curve of a 15 cm hydrocyclone. Two types of liner damages in the cylinder of the hydrocyclone were tested and not found to deteriorate significantly the classification of particles in the unit. Results obtained at the transition from spay to rope discharge show that a roping condition does not impact significantly the quality of the hydrocyclone classification.

Les usines de traitement de minerais utilisent des hydrocyclones pour classifier les particules selon leur poids. L’hydrocyclone est une pièce d’équipement robuste dont l’opération peut être entravée par des problèmes mécaniques et de fonctionnement. Cet article évalue l’effet des bris mécaniques et de décharge en boudin sur la courbe de efficacité d’un hydrocyclone de 15 cm. Deux types de dommages au revêtement du cylindre de l’hydrocyclone ont été évalués et les résultats ne montraient pas de détérioration significative de la classification des particules dans l’unité. Les résultats obtenus lors de la transition de décharge en parapluie à décharge en boudin montrent que la condition en boudin n’a pas d’impact important sur la qualité de la classification de l‘hydrocyclone.     

Reciprocating wear response of Ti(C,N)–Ni3Al cermets

Abstract

Ti(C,N) based cermets have received significant attention due to their enhanced mechanical properties at elevated temperatures, low mass and increased chemical stability, when compared to WC–Co hardmetals. These properties have been found to be superior in many cases to traditional hardmetal replacements, such as TiC–Ni. The current study focuses on Ti(C,N)–Ni₃Al cermets formed through melt infiltration (with binder contents ranging from 20 to 40 vol.-%Ni₃Al). Comparison is made with TiC–Ni₃Al cermets using an identical binder alloy. The reciprocating ball on flat wear properties of the cermets were evaluated as a function of applied load (using a WC–Co counterface), together with the composite hardness and indentation fracture resistance. It is shown that nitrogen content negatively affects infiltration, resulting in non-infiltrated areas within low binder content cermets, which decreases the indentation fracture resistance and hardness. This problem can be largely mitigated by increasing binder content. When comparing fully infiltrated cermets, increasing nitrogen content decreases hardness and increases toughness, while all Ti(C,N) cermets outperform TiC (at 40 vol.-% binder). Reciprocating wear increased with increasing load, and typically was the most severe for the lowest binder contents. A combination of wear mechanisms were apparent, including both abrasive and adhesive wear, with the formation of an oxide tribolayer containing components from both the tested cermets and the WC–Co counterface material.

Les cermets à base de Ti(C,N) ont reçu une attention importante grâce à leurs propriétés mécaniques améliorées aux températures élevées, à leur faible masse et à leur stabilité chimique augmentée, lorsque comparés aux carbures métalliques de WC–Co. Dans plusieurs cas, on a trouvé que ces propriétés étaient supérieures à celles des remplacements traditionnels de carbures métalliques, comme le TiC–Ni. La présente étude se concentre sur les cermets de Ti(C,N) –Ni₃Al formés par infiltration du bain (la teneur du liant variant de 20 à 40% en volume de Ni₃Al). On les compare aux cermets de TiC–Ni₃Al en utilisant un alliage de liaison identique. On a évalué les propriétés d’usure par déplacement alternatif de bille sur disque des cermets en fonction de la charge appliquée (utilisant un antagoniste en WC–Co), ainsi que de la dureté du composite et de la résistance à la fracture d’indentation. On montre que la teneur en azote affecte négativement l’infiltration, ayant pour résultat des régions non infiltrées à l’intérieur des cermets à faible teneur en liant, ce qui diminue la résistance à la fracture d’indentation et la dureté. On peut largement atténuer ce problème en augmentant la teneur en liant. Lorsque l’on compare des cermets entièrement infiltrés, l’augmentation de la teneur en azote diminue la dureté et augmente la ténacité, alors que tous les cermets de Ti(C,N) surpassent le TiC (à 40% en volume de liant). L’usure par déplacement alternatif augmentait avec une augmentation de la charge, et était typiquement plus sévère pour les plus faibles teneurs en liant. Une combinaison de mécanismes d’usure était apparente, incluant tant l’usure par abrasion que l’usure d’adhérence, avec formation d’une couche tribologique oxyde contenant des composantes tant des cermets évalués que du matériau antagoniste en WC–Co.     

Oxidation behaviour of Al enhanced stainless steel coatings produced by cryomilling and spark plasma sintering

Abstract

Nanostructured 316L stainless steel coatings with and without Al were deposited on stainless steel substrates to evaluate the potential gain in oxidation resistance. Compared to the base alloy, nanostructured samples had thicker thermally grown oxides, independent of tested temperature. The oxides formed, however, were enriched in Cr, which was found to increase oxidation resistance. The addition of Al (2 and 6 wt-%) yielded an Al₂O₃/Cr₂O₃ oxide scale, which significantly increased the oxidation resistance compared to other samples. The nanostructured alloys had roughly half the activation energy for oxidation, and lower oxidation rate constants, than the conventional coatings.

On a déposé des revêtements nanostructurés d’acier inoxydable 316L, avec ou sans Al, sur des substrats en acier inoxydable (SS) afin d’évaluer le gain potentiel de résistance à l’oxydation. Comparés à l’alliage de base, les échantillons nanostructurés avaient des oxydes à croissance thermique plus épais, indépendamment de la température évaluée. Cependant, les oxydes formés étaient enrichis de chrome, ce qui augmentait la résistance à l’oxydation. L’addition d’Al (2 ou 6% en poids) produisait une écaille oxyde d’Al₂O₃/Cr₂O₃, ce qui augmentait significativement la résistance à l’oxydation par rapport aux autres échantillons. Les alliages nanostructurés avaient approximativement la moitié de l’énergie d’activation pour l’oxydation et des constantes de vitesse d’oxydation inférieures à celles des revêtements conventionnels.     

Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

Physical chemistry of copper smelting slags and copper losses at the Paipote smelterPart 1 – Thermodynamic modelling

Abstract

Thermodynamic modelling was used in conjunction with the results of a sampling campaign to investigate the liquidus temperature and the copper losses in slag from the Teniente converter (TC) and from the slag cleaning electrical furnace (EF) at the Paipote smelter in Chile. The present paper (Part 1) describes the smelter flow sheet and discusses the results of thermodynamic calculations. The impact of process parameters such as the Fe/SiO₂ ratio, the minor oxide levels in slag (CaO, Al₂O₃, MgO and ZnO), the sulphur dioxide partial pressure p(SO₂), temperature and matte composition were examined with respect to the slag liquidus and copper level in the slags. The operating window of the Paipote TC to produce good slag quality correspond to a vessel temperature between 1200 and 1250°C, and an Fe/SiO₂ ratio in slag between 1·5 and 1·8 when the iron content of the matte is in the range of 3–6 wt-%Fe (or 76·5–73·2 wt-%Cu). Under these conditions, the TC slag (average total copper in slag ～6 wt-%Cu) contains less than 1 wt-%Cu as soluble copper with approximately 90% of total copper in the slag is entrained matte; it is noted that 0–10 wt-% solid magnetite is in suspension in the slag. As regards the EF, over the nominal temperature range from 1200 and 1270°C, the EF slag is fully molten over a wide range of Fe/SiO₂ ratios for slag containing the present level of minor oxides. An operating temperature of about 1225°C and a Fe/SiO₂ ratio in the range 1·4–1·8 are considered good conditions for optimum EF performance. The EF slag typically averages 0·82 wt-%Cu and it was estimated that under present conditions, about 50% of this copper was as soluble copper with the balance as entrained matte.

La modélisation thermodynamique a été utilisée en conjonction avec les résultats d’une campagne d’échantillonnage pour examiner la température de liquidus et les pertes en cuivre dans le laitier du convertisseur de Teniente (TC) et du four électrique (EF) de nettoyage du laitier de la fonderie de Paipote au Chili. Le présent article (1^iere Partie) décrit le schéma du procédé de la fonderie et discute les résultats des calculs thermodynamiques. On a examiné l’impact des paramètres du procédé, comme le rapport Fe/SiO2 dans le laitier, le niveau de CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier, la pression partielle du dioxyde de soufre p(SO2), la température et la composition de la matte, sur le líquidus du laitier et sur le niveau de cuivre soluble dans le laitier. La fenêtre d’opération du TC de Paipote permettant de produire une bonne qualité de laitier correspond à une température entre 1200 et 1250C et à un rapport Fe/SiO2 dans le laitier entre 1·5–1·8 lorsque la teneur en fer de la matte est dans la gamme de 3 à 6% en poids (ou 76·5 à 73·2%Cu). Sous ces conditions, le laitier du TC contenant un cuivre moyen total d’environ 6% contient moins que 1% en poids de Cu sous forme de cuivre soluble. Ce rapport permet de déduire qu’approximativement 90% du cuivre total dans le laitier est sous forme de matte entraînée. On note également qu’entre 0 et 10% en poids de magnétite solide est en suspension dans le laitier, dans les conditions normales d’opération. En ce qui concerne le EF, le laitier est complètement fondu sur une large gamme de rapports de Fe/SiO2 pour une température comprise entre 1200 à 1270°C en considérant les niveaux actuels en CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier. Une température de fonctionnement d’environ 1225C et un rapport Fe/SiO2 dans une gamme de 1·4 à 1·8 sont considérés comme des bonnes conditions pour le rendement optimal du EF. Le laitier du EF contient typiquement une moyenne de 0·82% Cu et l’on a estimé que sous les conditions présentes, environ 50% de ce cuivre se trouvait sous la forme de cuivre soluble, le reste étant sous la forme de matte entraînée.     

Al electrodeposition from chloroaluminate ionic liquid

Abstract

Cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy were used to investigate the mechanism of Al electrodeposition for an ionic liquid with a 2∶1 molar ratio of AlCl₃/[EMIM]Br (1-methyl-3-ethyl imidazolium bromide) at room temperature 25±1°C. Results indicated that the Al electrodeposition from this ionic liquid is a quasi-reversible process. Instantaneous nucleation with diffusion controlled growth of the Al electrode was demonstrated. The constant phase element was present in the electrical double layer, with α?=?0·37. The kinetic complications during the reaction may be attributed to the controlled cooperative processes of electron transfer and mass transport. The potential effects on the characteristics of Al deposits were evaluated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Granular Al deposits could be obtained at a potential higher than ?0·45 V. Cubic featured Al deposits were obtained within the range of ?0·56 to ?0·88 V. The rough deposits began to show dendritic morphologies at a potential less than ?1·05 V.

On a utilisé les techniques électrochimiques de la voltampérométrie cyclique, de la chronoampérométrie et des spectres d’impédance électrochimique pour examiner le mécanisme d’électrodéposition de l’aluminium (Al) à partir d’un liquide ionique d’AlCl₃/[EMIM]Br de 2∶1 (rapport molaire) à la température de la pièce (25±1°C). Les résultats indiquaient que l’électrodéposition de l’Al à partir de ce liquide ionique était un procédé quasi réversible. On a mis en évidence la nucléation instantanée avec croissance contrôlée par diffusion de l’électrodéposition de l’Al. L’élément à phase constante (EPC) qui se produisait dans la couche électrique double montrait une valeur de α?=?0·37. On peut attribuer les complications cinétiques pendant la réaction aux procédés contrôlés en coopérative du transfert d’électron et du transport de masse. On a évalué les effets du potentiel sur les caractéristiques des dépôts d’Al au moyen de la microscopie électronique à balayage (SEM) et du diffractomètre à rayons X allemand (XRD). On a également observé que l’on pouvait obtenir un dépôt granuleux d’Al à un potentiel plus élevé que –0·45 V. On a obtenu des dépôts d’Al à caractéristique cubique dans la gamme de potentiel de –0·56 à ～ ?0·88 V. Les dépôts obtenus à un potentiel de moins que –1·05 V devenaient rugueux et commençaient à montrer des morphologies dendritiques.     

Behaviours of supersonic oxygen jet injected from four-hole lance during top-blown converter steelmaking process

The top-blown oxygen jet behaviours at different stagnation temperatures in converter steelmaking process were investigated by using numerical simulation technique. The multiphase flow in top-blown converter with four-hole lance was computed. The results show that with the increasing stagnation temperature of the supersonic oxygen jet, the velocity and static temperature of the jet increase, while the potential core length of the jet shortens. The penetrability of the oxygen jet injected from a four-hole top-blown lance is improved with the increasing stagnation temperature of the jet from 300 to 900 K, while the penetrability declines with the further increase in the stagnation temperature from 900 to 1200 K. Although the penetration depth and impact area corresponding to the oxygen jet with stagnation temperature of 1200 K are smaller than those of 900 K, the horizontal velocity of liquid steel increases with the increasing stagnation temperature due to the increase in the intersection and interference of jet flow, which further enhances the flow of the liquid phase at the interface of gas and liquid and promotes the mixing conditions in converter bath.

On a examiné les comportements d’un jet d’oxygène à soufflage par le haut à différentes températures d’équilibre lors du procédé de fabrication de l’acier par convertisseur, en utilisant une technique de simulation numérique. On a calculé l’écoulement polyphasique dans le convertisseur à soufflage par le haut avec lance à quatre trous. Les résultats montrent qu’avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet d’oxygène supersonique, la température statique et la vélocité du jet augmentent, alors que la longueur potentielle du noyau du jet est raccourcie. La capacité de pénétration du jet d’oxygène injecté s’améliore avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet de 300 à 900 K, mais elle s’abaisse avec une augmentation additionnelle de la température d’équilibre de 900 à 1200 K. Bien que la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact correspondant au jet d’oxygène avec température d’équilibre à 1200 K soient plus petites qu’à 900 K, la vélocité horizontale de l’acier liquide augmente avec une augmentation de la température d’équilibre. Cela est dû à l’augmentation de l’intersection et à l’interférence de l’écoulement du jet, ce qui améliore davantage l’écoulement de la phase liquide à l’interface gaz et liquide et encourage les conditions de mélange dans le bain du convertisseur.     

Direct selective leaching of chalcopyrite concentrate

The ammonium persulphate (APS) leaching of chalcopyrite concentrate in the presence of ammonium carbonate was studied. The effects of ammonium carbonate concentration, APS concentration, leaching time, leaching temperature, solid/liquid ratio and stirring speed were investigated. Optimum leaching conditions were found as follows: APS concentration is 200 g L^?1; ammonium carbonate concentration is 200 g L^?1; leaching time is 180 min; leaching temperature is 60°C; solid/liquid ratio is 0·04 g mL^?1; and stirring speed is 400 rev min^?1. Under these conditions, copper extraction yield was obtained at about 72%. Furthermore, iron extraction yield decreased with increasing ammonium carbonate concentration and iron did not pass into solution under this condition. X-ray and SEM analysis also supported these results. It was determined that the copper extraction results were satisfactory by way of all experiments were performed under atmospheric conditions (i.e. low temperature and atmospheric pressure) and achieved selective copper leaching from chalcopyrite concentrate.

On a étudié la lixiviation au persulfate d’ammonium (APS) du concentré de chalcopyrite en présence de carbonate d’ammonium. On a examiné l’effet de la concentration du carbonate d’ammonium, de la concentration d’APS, de la durée et de la température de lixiviation, du rapport solide-liquide et de la vitesse d’agitation. Les conditions optimales de lixiviation suivent: concentration d’APS?=?200 g L^?1; concentration de carbonate d’ammonium?=?200 g L^?1; durée de lixiviation?=?180 min; température de lixiviation?=?60°C; rapport solide-liquide?=?0·04 g mL^?1; et vitesse d’agitation?=?400 rpm. Avec ces conditions, le rendement d’extraction du cuivre était d’environ 72%. De plus, le rendement d’extraction du fer diminuait avec l’augmentation de la concentration de carbonate d’ammonium, qui empêchait également le fer de passer en solution. L’analyse aux rayons x et au SEM supportait également ces résultats. Grâce à toutes les expériences effectuées en conditions atmosphériques (c’est-à-dire à basse température et à pression atmosphérique), on a déterminé que les résultats d’extraction du cuivre étaient satisfaisants et qu’on obtenait une lixiviation sélective du cuivre à partir du concentré de chalcopyrite.     

Extractive metallurgy of rare earths

Abstract

A short account is given on the extraction of rare earths from monazite sand, bastnasite ore, and phosphate rock of igneous origin. This includes mineral beneficiation, leaching methods, fractional crystallisation [of historical interest], ion exchange, solvent extraction, precipitation from solution, and reduction to metals.

On donne un bref compte-rendu de l’extraction des terres rares à partir de sable monazité, de minerai de bastnaésite et de roche phosphatée d’origine ignée. Ceci inclut l’enrichissement du minéral, les méthodes de lixiviation, la cristallisation fractionnelle (d’intérêt historique), l’échange d’ion, l’extraction par solvant, la précipitation à partir de solution et la réduction en métaux.