Morphological characteristics of craters on the surface of AA1933 aluminum alloy irradiated by pulsed electron beam

Irradiation of an industrial aluminum alloy AA1933 with an intense pulsed electron beam with particle energy of 0.35 MeV, a beam current of 2.0 kA, a pulse duration of 5 μs, and a beam diameter of 3 cm results in the formation of a surface layer with a modified structural-phase state. A characteristic feature of the irradiated surface is the presence of cracks and craters on it. This study features the types and morphology of craters on the surface of aluminum alloy AA1933 formed as a result of irradiation by a pulsed electron beam. The study includes figures of a variety of crater types. The distribution of craters according to size and crater density on the irradiated surface was examined. The study also provides for the discussion of the significance of these observations for the sake of a better understanding of the mechanisms of crater formation during irradiation by pulsed electron beams.Опромінення промислового алюмінієвого сплаву AA1933 інтенсивним імпульсним електронним пучком з енергією частинок 0,35 МеВ, струмом пучка 2,0 кА, тривалістю імпульсу 5 мкс і діаметром пучка 3 см призводить до формування поверхневого шару з модифікованим структурно-фазовим станом. Характерною особливістю опроміненої поверхні є наявність на ній тріщин та кратерів. У роботі вивчені типи та морфологія кратерів на поверхні алюмінієвого сплаву AA1933, що виникають внаслідок опромінення імпульсним пучком електронів. Показано різноманіття типів кратерів. Досліджено розподіл кратерів за розмірами та щільність кратерів на опроміненій поверхні. Обговорюється значення цих спостережень для більш глибокого розуміння механізмів утворення кратерів у ході опромінення імпульсними пучками електронів

Microstructure and property modifications in surface layers of a AA6111 aluminum alloy induced by high-current pulsed relativistic electron beam

The processing of the AA6111-T4 aluminum alloy by the high-current relativistic electron beams affects the forming of the surface layer with a modified structure and phase state. The depth of the modified surface layer achieves 200 μm. The changes in microstructure occurring both in the near-surface layer and in the modified layer can be distinguished with XDR, SEM, and EDS analyses. It is established that the aluminum-based supersaturated solid solution makes the main phase of the modified layer, whereas intermetallic phases that were present in the initial state of the alloy are not distinguished by the X-ray methods in the modified layer. There are some available microcracks and craters on the surface of the remelt layer. Discussion of the results of these observations gains a more sufficient understanding of the processes raised by the irradiation by a high-current relativistic electron beam.Обробка алюмінієвого сплаву АА6111-ТА інтенсивним імпульсним електронним пучком приводить до формування поверхневого шару з модифікованим структурно-фазовим станом. Глибина поверхневого модифікованого шару досягає 200 мкм. Зміни мікроструктури, шо відбуваються в поверхневому шарі і на молифікованій поверхні, були охарактеризовані за допомогою рентгенівської дифрактометрії, електронної мікроскопії та рентгенівського енергодисперсійного мікроаналізу. Встановлено, шо основною фазою модифікованого шару є пересичений твердий розчин на основі алюмінію, а інтерметалідні фази, які були присутні в початковому стані сплаву, рентгенографічними методами в модифікованому шарі не виявляються. На поверхні переплавленого шару присутні протяжні мікротріщини і кратери. Обговорюється значення цих спостережень для більш глибокого розуміння процесів, що відбуваються під час імпульсного електронного опромінення алюмінієвих сплавів.Обработка алюминиевого сплава АА6111-Т4 интенсивным импульсным электронным пучком приводит к формированию поверхностного слоя с модифицированным структурно-фазовым состоянием. Глубина поверхностного модифицированного слоя лостигает 200 мкм. Изменения микроструктуры, происходящие в приповерхностном слое и на модифицированной поверхности, были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного микроанализа. Установлено, что основной фазой модифицированного слоя является пересыщенный твердый раствор на основе алюминия, а интерметаллидные фазы, которые присутствовали в исходном состоянии сплава, рентгенографическими методами в модифицированном слое не обнаруживаются. На поверхности переплавленного слоя присутствуют протяженные микротрещины и кратеры. Обсуждается значение этих наблюдений для более глубокого понимания процессов, происходящих во время импульсного электронного облучения алюминиевых сплавов

Analysis of changes in the phase and structural state of an aluminum alloy 1933 surface layer, melted by a pulsed electron beam

The structural and phase changes in the surface layer of an aluminum alloy 1933 caused by the action of a relativistic pulsed electron beam are studied. The structural and phase state of this layer is determined by the impact action of the electron beam and by the kinetics of crystallization from the melt under ultrafast cooling. The impact of a pulsed electron beam is accompanied by the formation of a developed surface relief and the appearance of microcracks on it. The structure of the modified layer is nonequilibrium. X-ray diffraction studies and the results of energy dispersive X-ray microanalysis made it possible to determine that magnesium oxide inclusions are present in the remelted layer. MgO inclusions are generally uniformly distributed in the remelted layer. The maximum size of MgO inclusions does not exceed 1 μm. The causes and mechanisms of the formation of magnesium oxide during the action of a pulsed electron beam are discussed.Вивчено особливості структурних і фазових змін поверхневого шару алюмінієвого сплаву 1933, викликані впливом релятивістського імпульсного пучка електронів. Структурно-фазовий стан даного шару визначається ударним впливом електронного пучка і кінетикою кристалізації з розплаву в умовах надшвидкого охолодження. Вплив імпульсного пучка електронів супроводжується формуванням розвинутого рельєфу поверхні і появою на ній мікротріщин. Структура модифікованого шару є нерівноважною. Дифрактометричні дослідження і результати енергодисперсійного рентгенівського мікроаналізу дали змогу встановити, що в переплавленому шарі присутні включення оксиду магнію. Включення MgO в основному рівномірно розподілені в переплавлені шарі. Максимальний розмір включень MgO не перевищує 1 мкм. Обговорюються причини і механізми утворення оксиду магнію під час дії імпульсного пучка електронів.Изучены особенности структурных и фазовых изменений поверхностного слоя алюминиевого сплава 1933, вызванные воздействием релятивистского импульсного пучка электронов. Структурно-фазовое состояние данного слоя определяется ударным воздействием электронного пучка и кинетикой кристаллизации из расплава в условиях сверхбыстрого охлаждения. Воздействие импульсного пучка электронов сопровождается формированием развитого рельефа поверхности и появлением на ней микротрещин. Структура модифицированного слоя является неравновесной. Дифрактометрические исследования и результаты энергодисперсионного рентгеновского микроанализа позволили установить, что в переплавленном слое присутствуют включения оксида магния. Включения MgO в основном равномерно распределены в переплавленном слое. Максимальный размер включений MgO не превышает 1 мкм. Обсуждаются причины и механизмы образования оксида магния во время действия импульсного пучка электронов

Механізми зміцнення поверхневого шару дюралюмінію, модифікованого імпульсним релятивістським електронним сильнострумовим пучком

Досліджено механізми зміцнення поверхневого шару алюмінієвого сплаву Д16AT, опроміненого сильнострумовим релятивістським електронним пучком. Сплав опромінювали електронним пучком з енергією частинок 0,35 МеВ, струмом пучка 2,0 кА та тривалістю імпульсу 5 мкс. У статті показано, що обробка сильнострумовим релятивістським електронним пучком алюмінієвого сплаву Д16AT призводить до оплавлення опроміненої поверхні та утворення поверхневого шару з модифікованим структурно-фазовим станом. Товщина шару складає приблизно 100 мкм. Основною фазою цього шару є твердий розчин на основі алюмінію, а інтерметалідні фази, які були присутні у вихідному стані сплаву, не виявляються методами рентгенівської дифрактометрії. Встановлено, що обробка поверхні сплаву Д16АТ імпульсним електронним пучком призводить до подрібнення зерна. У вихідному стані сплаву середній розмір зерен складає 11 мкм, а у модифікованому шарі середній розмір зерна складає приблизно 0,8 мкм. Мікротвердість опроміненого шару збільшується майже на 50 %. Проаналізовано внесок різних механізмів зміцнення у зміну міцнісних характеристик модифікованого поверхневого шару. Показано, що для сплаву у вихідному стані основний внесок у зміцнення дає дисперсійний механізм, тоді як ключову роль у збільшенні мікротвердості модифікованого опроміненням шару відіграє дислокаційний механізм зміцнення. Обговорюється значення цих спостережень для термомеханічної обробки алюмінієвих сплавів з метою подальшого підвищення характеристик їх міцності.The mechanisms of strengthening of the surface layer of D16AT aluminum alloy irradiated with a high-current relativistic electron beam were studied. The alloy was irradiated with an electron beam with a particle energy of 0.35 MeV, a beam current of 2.0 kA, and a pulse duration of 5 μs. This article shows that the processing of D16AT aluminum alloy by a high-current relativistic electron beam leads to melting of irradiated surface and the formation of a surface layer with a modified structural-phase state. The thickness of this layer is approximately 100 µm. A solid solution based on aluminum is the main constituent of this layer. At the same time, intermetallic phases that were present in the initial state of the alloy cannot be detected by means of X-ray diffractometry. It was established that processing of the surface of D16AT alloy with a pulsed electron beam leads to grain refining. In the initial state of the alloy, the average grain size is 11 µm. In the modified layer, the average grain size is approximately 0.8 µm. The microhardness of the irradiated layer increases by almost 50 %. The contribution of different strengthening mechanisms to the change of strength characteristics of the modified surface layer was analyzed. It was shown that the dispersion mechanism makes the main contribution to the strengthening of the alloy in the initial state. While the dislocation mechanism of strengthening plays a key role in increasing the microhardness of the irradiated layer. The importance of these observations for thermomechanical processing of aluminum alloys in order to further improve their strength characteristics was discussed

A novel comprehensive approach for human vascular allografts cryopreservation and radiation sterilization for the tissue engineering industry

Aim: to verify new techniques for human cadaveric vascular allografts cryopreservation, thawing and sterilization for the tissue engineering purposes. We use polydimethylsiloxane (PDMS) as a well-known, promising coolant. This allowed us to completely omit any cryoprotective or vitrifying solutions. Using of PDMS also makes possible an applying these allografts directly after freezing and decellularization and also it will also provide an opportunity to develop secure protocols of tissue— engineered vascular conduits cryopreservation. Matherial and methods. After mathematical modeling of cooling process and its validation the experiment for sealed (isolated) freezing at low temperature conditions of 30 femoral arterial segments has been conducted. The segments were at least 10 cm in length and taken from 15 cadaveric donors in the age of 65-85 years. The freezing process was carried out using the abovementioned coolant— PDMS, and then physico-mechanical properties of these allografts were evaluated with the special Instron machine. According to the results obtained, a modeling of their sterilization conditions was conducted (the grafts were freezed). Results. By physico-mechanical properties validation and restricted histological analysis it was shown that there was an accordance between freezed/thawed allografts properties and native vessels. Conclusion. The abovementioned approach for allografts cryopreservation and thawing was efficient enough for further work in this direction

Safety and efficacy of non-steroidal anti-inflammatory drugs to reduce ileus after colorectal surgery

Background: Ileus is common after elective colorectal surgery, and is associated with increased adverse events and prolonged hospital stay. The aim was to assess the role of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) for reducing ileus after surgery. Methods: A prospective multicentre cohort study was delivered by an international, student- and trainee-led collaborative group. Adult patients undergoing elective colorectal resection between January and April 2018 were included. The primary outcome was time to gastrointestinal recovery, measured using a composite measure of bowel function and tolerance to oral intake. The impact of NSAIDs was explored using Cox regression analyses, including the results of a centre-specific survey of compliance to enhanced recovery principles. Secondary safety outcomes included anastomotic leak rate and acute kidney injury. Results: A total of 4164 patients were included, with a median age of 68 (i.q.r. 57\u201375) years (54\ub79 per cent men). Some 1153 (27\ub77 per cent) received NSAIDs on postoperative days 1\u20133, of whom 1061 (92\ub70 per cent) received non-selective cyclo-oxygenase inhibitors. After adjustment for baseline differences, the mean time to gastrointestinal recovery did not differ significantly between patients who received NSAIDs and those who did not (4\ub76 versus 4\ub78 days; hazard ratio 1\ub704, 95 per cent c.i. 0\ub796 to 1\ub712; P = 0\ub7360). There were no significant differences in anastomotic leak rate (5\ub74 versus 4\ub76 per cent; P = 0\ub7349) or acute kidney injury (14\ub73 versus 13\ub78 per cent; P = 0\ub7666) between the groups. Significantly fewer patients receiving NSAIDs required strong opioid analgesia (35\ub73 versus 56\ub77 per cent; P < 0\ub7001). Conclusion: NSAIDs did not reduce the time for gastrointestinal recovery after colorectal surgery, but they were safe and associated with reduced postoperative opioid requirement

Safety of hospital discharge before return of bowel function after elective colorectal surgery

Background: Ileus is common after colorectal surgery and is associated with an increased risk of postoperative complications. Identifying features of normal bowel recovery and the appropriateness for hospital discharge is challenging. This study explored the safety of hospital discharge before the return of bowel function. Methods: A prospective, multicentre cohort study was undertaken across an international collaborative network. Adult patients undergoing elective colorectal resection between January and April 2018 were included. The main outcome of interest was readmission to hospital within 30 days of surgery. The impact of discharge timing according to the return of bowel function was explored using multivariable regression analysis. Other outcomes were postoperative complications within 30 days of surgery, measured using the Clavien\u2013Dindo classification system. Results: A total of 3288 patients were included in the analysis, of whom 301 (9\ub72 per cent) were discharged before the return of bowel function. The median duration of hospital stay for patients discharged before and after return of bowel function was 5 (i.q.r. 4\u20137) and 7 (6\u20138) days respectively (P < 0\ub7001). There were no significant differences in rates of readmission between these groups (6\ub76 versus 8\ub70 per cent; P = 0\ub7499), and this remained the case after multivariable adjustment for baseline differences (odds ratio 0\ub790, 95 per cent c.i. 0\ub755 to 1\ub746; P = 0\ub7659). Rates of postoperative complications were also similar in those discharged before versus after return of bowel function (minor: 34\ub77 versus 39\ub75 per cent; major 3\ub73 versus 3\ub74 per cent; P = 0\ub7110). Conclusion: Discharge before return of bowel function after elective colorectal surgery appears to be safe in appropriately selected patients