Dual-function coatings to protect absorbent surfaces from fouling

Fouling of surfaces caused by pollution, contamination, humidity and microorganisms is one of the major sources of the degradation of mineral and composite materials. The inhibition of foulant growth is essential for the prevention of different kinds of damage, ranging from aesthetic, mechanical and chemical, to risks concerning human and environmental health. This study proposes a new approach for the development of a transparent preservative material with water-repellent and biocide attributes through the use of a sol-gel method. It was found that Si–O–Si dense networks can effectively grow into the micro-pores of mineral and cellulose-based materials, promoting self-cleaning properties as well as sufficient protection against bio-fouling

Magnetic Residual Stress Monitoring Technique for Ferromagnetic Steels

The determination and control of residual stresses resulting from the intentional or unintentional thermal and mechanical loading of steels during their production or manufacturing process, as well as during their lifetime, is a challenge for both the scientific community and the relevant industries. Our team has developed a method and instruments for residual stress determination in ferromagnetic steels, based on the effect of localized strains on the magnetic differential permeability. The proposed method consists of determining the characteristic magnetic stress calibration curves in the laboratory, for the steel grade under examination, and correlating magnetic permeability with residual stresses either on the surface or in the bulk of the material. Magnetic permeability is determined by our new permeability sensors or by other classic permeability meters. Stress components are determined indirectly by strain monitoring using diffraction techniques, like X-ray or neutron diffraction for surface and bulk strain respectively. This way, the best uncertainty of the stress determination achieved has been in the order of 1%. In this paper, after introducing some of the most important details of our method, we illustrate the improvement of the sensitivity of the stress determination by implementing stress-strain dependence on bulk magnetic permeability, and then correlating these results with the neutron diffraction measurements, resulting in residual stress determination uncertainties better than 0.1%. The validity of these results is evaluated by microstructural Scanning Electron Microscopy studies and the superiority of the new method in terms of efficiency, cost, and applicability in industrial applications are discussed

Correlation of the magnetic properties with the mechanical properties and the microstructure in welded ferromagnetic steels

Non-destructive testing - NDT is used to describe methods, which can be applied to a construction or a test specimen, without compromising the usefulness of the material. Most of the non-destructive methods evaluate an intrinsic property of the material. The increasing applications of non-destructive testing on industrial scale intensify the effort to bring the existing methods in given quality standards. Therefore, a suitable sensor for non-destructive testing should be able to identify those parameters, which are crucial in detecting possible faults or defects.Compared to other non destructive methods, testing by magnetic sensors has a distinct advantage, which is common only in destructive testing methods: the intrinsic magnetic properties are affected by the same microstructural parameters and present a similar sensitivity to the existence of residual stresses within a material as mechanical properties do. However, magnetic techniques are applicable only to ferromagnetic materials.Although there are many scientific articles describing the correlation of magnetic and mechanical properties, there are only few reports describing the determination of residual stresses via magnetic techniques. In addition, reports on predictions of the spatial distribution of the residual stresses in welded ferromagnetic samples are rather limited.The scope of the present dissertation was to correlate the microstructural features with both mechanical and magnetic properties in ferromagnetic welded steels, as well as to investigate the proper selection criteria for developing a suitable methodology for the accurate determination of residual stresses existing in welded parts.Magnetic non-destructive testing took place by the use of two magnetic non-destructive techniques: by the measurement of the magnetic Barkhausen noise and by the evaluation of the magnetic hysteresis loop parameters. All magnetic parameters were then correlated to microstructural characteristics, such as the volume fraction of the dominant phase and of microstructural constituents, the grains’ morphology, the distribution of the average grain size and the dislocations’ density. The results were commented on the basis of the response of mechanical properties, such as hardness, yield strength, ultimate tensile stress and elongation. The collection of such data had, of course, a catalytic importance to the effective and efficient characterization of welded samples in a non-destructive manner.Finally, the spatial distribution of residual stresses in welded metal parts by both non-destructive magnetic methods and two diffraction methods was determined. The conduction of magnetic measurements required an initial calibration of ferromagnetic steels. Based on the examined volume of the sample, all methods used were divided into two large categories: the first one was related to the determination of surface residual stress, whereas the second one was related to bulk residual stress determination.Τhe first category included the magnetic Barkhausen noise and the X-ray diffraction measurements, while the second one included the magnetic permeability and the neutron diffraction data.Ο όρος «μη-καταστροφικές δοκιμές» (non-destructive testing, NDT) χρησιμοποιείται για να περιγράψει μεθόδους δοκιμών, που μπορούν να εφαρμοστούν σε μια κατασκευή ή ένα υπό εξέταση δοκίμιο, χωρίς να διακυβεύεται η χρησιμότητα του υλικού. Οι περισσότερες μη-καταστροφικές μέθοδοι είναι έμμεσες, καθώς μετρούν μια εγγενή ιδιότητα του υλικού. Οι όλο και αυξανόμενες απαιτήσεις εφαρμογής των μη καταστροφικών ελέγχων σε βιομηχανική κλίμακα, εντείνει την προσπάθεια συμμόρφωσης των υπαρχουσών μεθόδων σε δεδομένες προδιαγραφές ποιότητας. Αυτό σημαίνει, ότι οι αισθητήρες μη καταστροφικού ελέγχου απαιτείται να έχουν τη δυνατότητα να προσδιορίσουν εκείνες τις παραμέτρους, που θα τους καταστήσουν ικανούς να εντοπίσουν τυχόν αστοχίες ή ατέλειες. Σε σχέση με τις υπόλοιπες μη καταστροφικές μεθόδους ελέγχου, ο έλεγχος μέσω μαγνητικών αισθητήρων έχει ένα διακριτό πλεονέκτημα, το οποίο απαντά μόνο σε καταστροφικές δοκιμές: οι εγγενείς μαγνητικές ιδιότητες επηρεάζονται από τις ίδιες μικροδομικές παραμέτρους και μάλιστα, είναι το ίδιο ευαίσθητες με τις μηχανικές ιδιότητες στην παρουσία παραμενουσών τάσεων στο υλικό. Ωστόσο, οι μαγνητικές τεχνικές εφαρμόζονται μόνο σε σιδηρομαγνητικά υλικά.Αν και υπάρχει πλήθος δημοσιευμένων άρθρων που περιγράφει τη συσχέτιση των μαγνητικών και των μηχανικών ιδιοτήτων, υπάρχουν ελάχιστες αναφορές που να περιγράφουν τον προσδιορισμό των παραμενουσών τάσεων με τις μαγνητικές τεχνικές. Μάλιστα, η πρόβλεψη της χωρικής κατανομής των παραμενουσών τάσεων σε συγκολλημένα δείγματα σιδηρομαγνητικών χαλύβων είναι περιορισμένη. Η διατριβή αυτή στοχεύει στη συσχέτιση των μικροδομικών χαρακτηριστικών με τις μηχανικές και μαγνητικές ιδιότητες σε συγκολλημένους χάλυβες με σιδηρομαγνητική συμπεριφορά, καθώς επίσης και στη διερεύνηση της επιλογής της κατάλληλης μεθοδολογίας για την πρόβλεψη του τασικού πεδίου που αναπτύσσονταν στα συγκολλημένα μέρη. Ο μαγνητικός μη καταστροφικός έλεγχος πραγματοποιήθηκε μέσω της χρήσης δύο μαγνητικών μη-καταστροφικών τεχνικών: της μέτρησης του μαγνητικού θορύβου Barkhausen και της μέτρησης των μαγνητικών παραμέτρων του βρόχου υστέρησης. Λαμβάνοντας όλες τις μαγνητικές παραμέτρους πραγματοποιήθηκε η συσχέτισή τους με μικροδομικά χαρακτηριστικά όπως, το κλάσμα όγκου συμμετοχής των κυρίαρχων φάσεων και των μικροδομικών συστατικών, η μορφολογία των κόκκων, η κατανομή του μέσου μεγέθους των κόκκων, η γωνία αναντιστοιχίας, η πυκνότητα των διαταραχών. Στη συνέχεια, τα παραπάνω συμπεράσματα σχολιάστηκαν με βάση την απόκριση των μηχανικών ιδιοτήτων, όπως η σκληρότητα, το όριο διαρροής, η μέγιστη εφελκυστική τάση θραύσης και η επιμήκυνση. Η συλλογή όλων αυτών των πληροφοριών έχει καταλυτική σημασία στον αποτελεσματικό και επαρκή χαρακτηρισμό των συγκολλημένων δειγμάτων, με μη καταστροφικό τρόπο.Τέλος, προσδιορίστηκε η χωρική κατανομή των παραμενουσών τάσεων στα συγκολλημένα μεταλλικά μέρη, με τη χρήση των δύο μαγνητικών μη καταστροφικών μεθόδων και δύο μεθόδων περίθλασης. Για την πραγματοποίηση των μαγνητικών μετρήσεων απαιτούνταν πρώτα η κατάλληλη βαθμονόμηση των σιδηρομαγνητικών χαλύβων. Οι συνολικά τέσσερις μέθοδοι που επιλέχθηκαν, ομαδοποιούνταν σε δύο κατηγορίες, με βάση των όγκο της δειγματοληψίας: η πρώτη αναφέρεται στον επιφανειακών προσδιορισμό των τάσεων, ενώ η δεύτερη στον μονολιθικό. Οι μετρήσεις στην πρώτη κατηγορία πραγματοποιήθηκαν με τη μαγνητική μέθοδο του θορύβου Barkhausen και της περιθλασιμετρίας ακτίνων X, ενώ στη δεύτερη με τη μέθοδο της διαφορικής μαγνητικής διαπερατότητας και της περίθλασης νετρονίων

Magnetic Sensor based on MI effect

110 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Συστήματα Αυτοματισμού"Η παρούσα διπλωματική εργασία οργανώνεται σε κεφάλαια καθένα από τα οποία αποτελεί μέρος της πορείας της εργασίας που πραγματοποιήθηκε για την εκπόνηση αυτής της διπλωματικής. Το δεύτερο κεφάλαιο περιλαμβάνει τη θεωρία που σχετίζεται με τα μαγνητικά υλικά. Για να μπορέσει να γίνει αντιληπτός ο μηχανισμός πίσω από το φαινόμενο της μαγνητοεμπέδησης θα πρέπει αναπτυχθούν οι μαγνητικές ιδιότητες των μαλακών μαγνητικών υλικών και η συσχέτιση του GMI με την φερρομαγνητική απόκριση. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται και αναφέρονται όλα τα βήματα που ακολουθήθηκαν για το σχεδιασμό και την κατασκευή της πειραματικής διάταξης που χρησιμοποιήθηκε στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των μετρήσεων που λήφθηκαν από την πειραματική διάταξη. Περιλαμβάνεται επίσης και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων με τα αναμενόμενα και συζητούνται οι επιδράσεις του GMI φαινομένου στις αποκρίσεις. Στο πέμπτο κεφάλαιο συλλέγονται όλα τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την πορεία της διπλωματικής εργασίας. Ένα μέρος της εργασίας περιλαμβάνει και τη μελλοντική δουλειά που μπορεί να πραγματοποιηθεί με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής.Πολυξένη Π. Βουρν

Magnetic Residual Stress Monitoring Technique for Ferromagnetic Steels

The determination and control of residual stresses resulting from the intentional or unintentional thermal and mechanical loading of steels during their production or manufacturing process, as well as during their lifetime, is a challenge for both the scientific community and the relevant industries. Our team has developed a method and instruments for residual stress determination in ferromagnetic steels, based on the effect of localized strains on the magnetic differential permeability. The proposed method consists of determining the characteristic magnetic stress calibration curves in the laboratory, for the steel grade under examination, and correlating magnetic permeability with residual stresses either on the surface or in the bulk of the material. Magnetic permeability is determined by our new permeability sensors or by other classic permeability meters. Stress components are determined indirectly by strain monitoring using diffraction techniques, like X-ray or neutron diffraction for surface and bulk strain respectively. This way, the best uncertainty of the stress determination achieved has been in the order of 1%. In this paper, after introducing some of the most important details of our method, we illustrate the improvement of the sensitivity of the stress determination by implementing stress-strain dependence on bulk magnetic permeability, and then correlating these results with the neutron diffraction measurements, resulting in residual stress determination uncertainties better than 0.1%. The validity of these results is evaluated by microstructural Scanning Electron Microscopy studies and the superiority of the new method in terms of efficiency, cost, and applicability in industrial applications are discussed

A low cost - high efficiency electrodeposition device for the laboratory

A homemade electrodeposition device is presented, capable of depositing thin films of variable stoichiometry on cylindrical substrates offering control of electrolysis current, temperature and stirring velocity. The device design eliminates gravitational settling and uses a novel technique for fluid agitation in order to optimize deposition uniformity. The device surpasses traditional burato-style design in terms of gravitational settling of the solution and stirring homogeneity, as well as in terms of coating quality, i.e. cracking and blackened areas

A low cost - high efficiency electrodeposition device for the laboratory

A homemade electrodeposition device is presented, capable of depositing thin films of variable stoichiometry on cylindrical substrates offering control of electrolysis current, temperature and stirring velocity. The device design eliminates gravitational settling and uses a novel technique for fluid agitation in order to optimize deposition uniformity. The device surpasses traditional burato-style design in terms of gravitational settling of the solution and stirring homogeneity, as well as in terms of coating quality, i.e. cracking and blackened areas

A low cost - high efficiency electrodeposition device for the laboratory

A homemade electrodeposition device is presented, capable of depositing thin films of variable stoichiometry on cylindrical substrates offering control of electrolysis current, temperature and stirring velocity. The device design eliminates gravitational settling and uses a novel technique for fluid agitation in order to optimize deposition uniformity. The device surpasses traditional burato-style design in terms of gravitational settling of the solution and stirring homogeneity, as well as in terms of coating quality, i.e. cracking and blackened areas

Revisiting the universality law in magnetically detected residual stresses in steels

The dependence of residual stresses on differential permeability, determining the so called Magnetic Stress Calibration (MASC) curve, results in the Universal MASC curve after normalizing the stress and permeability axes with the yield stress and the maximum differential permeability of the steel under test, respectively. The motivation of this paper is to illustrate the ability of obtaining the MASC curve of an unknown steel just by measuring its yield stress and maximum differential permeability. The calculated MASC curve of an unknown type of steel, obtained by multiplying the stress and permeability axes of the Universal MASC curve with the yield stress and maximum differential permeability obtained by the stress-strain curve under simultaneous measurement of the permeability, was compared with the actual MASC curve of the same unknown type of steel determined by the classical method, with an agreement better than ±5%. The conclusion is that the actual MASC curve of an unknown type of steel can be determined just by a stress-strain measurement, with simultaneous determination of the maximum amplitude of the differential permeability