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Showing papers in "Materials Science Forum in 1997"


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TL;DR: A review of the principal types of porous materials (organics, ceramics, metals, metallorganics and organoapatites and composites) used in bone engineering is provided in this article.
Abstract: Maintaining bone geometric and structural integrity is a necessity for normal mobility. After fracture, bone disease or other conditions resulting in skeletal loss or compromise, porous materials offer the possibility for near faultless replacement of the normal bone material. Ceramics, and to a lesser extent, metals, are the predominant porous materials currently used in bone engineering. This latter term is used as a blanket term for orthodontics, orthopedics and related fields in which the replacement of bone is either required or selectively chosen. Because bone is a porous material, there is a physiological rationale for the use of porous materials in its replacement. Moreover, porous bone implant material is advantageous for the early incorporation of the implant into or apposed to the bony tissue surrounding it. There is, however, a difference in the size and extent of the bone and implant porosities for optimal bone incorporation of the material. This review intends to clarify both the nature of and reason for this difference. Accordingly, a review of the principal types of porous materials (organics, ceramics, metals, metallorganics and organoapatites and composites) used in bone engineering will be provided. This will springboard a consideration of the important engineering considerations of material property matching, machining and forming, corrosion and biocompatibility, fatigue and lifecycle, coating, and interfacial properties. The importance of matching the porous material to the particular bone engineering application will then be discussed. In providing this review, the authors hope to bring an appreciation of the complexity of the field to the fore, while also demonstrating how much has already been accomplished due to the efforts of many research groups. The ultimate porous bone implant, perhaps, is yet to be designed; however, there is reason to believe that such a material is not long in coming. We hope to demonstrate some possible pathways to this material. Outline The paper is constructed as follows.

180 citations







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TL;DR: The use of revetements obtenus par projection thermique is en continuelle expansion for combattre the corrosion a haute temperature dans les principales industries chimiques, papeteries, incineration de dechets et les centrales as mentioned in this paper.
Abstract: L'utilisation de revetements obtenus par projection thermique est en continuelle expansion pour combattre la corrosion a haute temperature dans les principales industries chimiques, papeteries, incineration de dechets et les centrales. Cette tendance est due, entre autre, au developpement d'alliages resistant a la corrosion, a l'amelioration des connaissances et de la qualite ainsi qu' aux innovations continues des equipements dans l'industrie de la projection thermique. Il existe actuellement une importante gamme de procedes de projection, utilisant souvent les memes types d'alliage. Pour repondre a une application anticorrosion, il n'est pas suffisant d'exiger simplement un alliage et une methode de revetement. Pour obtenir des revetements fiables, il faut tenir compte de l'ensemble des besoins, comprenant le choix d'un alliage, les parametres de projection, la preparation de la surface, les proprietes du metal de base, l'apport de chaleur, etc. Les techniques de projection a la flamme, au fil, au plasma, HVOF et autofusible sont revues et comparees au point de vue de leurs qualites et limitations a fournir une solution economique de protection contre la corrosion a haute temperature. Les projections fil a l'arc electrique, a haute vitesse et autofusible sont les plus prometteuses tant pour les qualites du revetement que pour les considerations economiques.

64 citations



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TL;DR: In this article, le developpement des couches protectrices d'alumine sur des alliages NiAl and FeCrAl is described, where the transformation of lumine metastable.
Abstract: La croissance et le developpement des couches protectrices d'alumine sur des alliages NiAl et FeCrAl au cours de l'oxydation a 900°C et a 1300°C sont complexes du fait de la transformation de l'alumine metastable―y-Al 2 O 3 et―θ-Al 2 O 3 , en une phase,―α, plus stable Comme les vitesses de transformation augmentent avec la temperature,―α-Al 2 O 3 predomine tres rapidement a 1300°C alors que le changement de phase est beaucoup plus lent a 1000°C La croissance des couches d'alumine α se fait a la fois par diffusion de l'oxygene vers l'interieur que par diffusion externe des ions Al 3+ , grâce a des chemins de court-circuit comme les joints de grain des oxydes L'addition a l'alliage de faible quantite d'element actif inhibe le transport externe des ions Al 3+ et provoque des changements importants dans la morphologie de la couche d'oxyde Bien que les couches d'oxyde―α-Al 2 O 3 soient de bonnes barrieres contre le transport des reactants a haute temperature, elles sont susceptibles de s'ecailler, particulierement alors de cyclages thermiques Les facteurs importants qui determinent la resistance a l'ecaillage sont la resistance a la fracture, particulierement a l'interface metal/oxyde, la morphologie de la couche et le nombre et la taille des defauts physiques a l'interface La presence de sulfures diminue la resistance a l'ecaillage, alors que les elements actifs l'augmente Ces effets sont correles avec les hypotheses precedentes qui rendent compte de l'integrite mecanique des couches d'oxyde

56 citations



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TL;DR: In this paper, it is connu que sous certain conditions, loxydation se produit soit par un mecanisme intergranulaire, and par oxydation interne.
Abstract: L'oxydation de NiAl, FeAl, et TiAl ainsi que celle d'alliages de composes intermetalliques ont ete largement etudiees dans les dernieres annees. A haute temperature, on observe la formation selective de AlO 3 dans NiAl et FeAl, tandis qu'a plus basse temperature, on trouve des modifications metastables. Dans le present travail, la germination, la morphologie, la transformation et le taux de croissance de ces modifications et de Al 2 O 3 ont ete etudies. L'effet d'elements d'addition sur ces proprietes a ete analyse. Suivant la temperature et la composition une zone appauvrie en Al et la formation de cavites ont ete observees lors de l'oxydation de NiAl et FeAl. Il est connu que sous certaines conditions, l'oxydation se produit soit par un mecanisme intergranulaire, soit par oxydation interne. Les mecanismes de ces phenomenes ont ete elucides et presentes. Lors de l'oxydation de TiAl, on observe generalement la formation de couches mixtes de Al 2 O 3 et de TiO 2 , a cause de la similitude des affinites de Ti et d'Al pour l'oxygene. Differents types de structures de ces couches ont ete observes lors de l'exposition. Azote et vapeur d'eau deteriorent la resistance alors que le polissage mecanique de la surface et certains elements d'addition (Nb) ameliorent la resistance.

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TL;DR: In this article, a machine is constructed to detect impacts on the revetements thermiques of a turbine, in order to reduce the degradation of the barriere thermique of the turbine.
Abstract: La technologie des revetements thermiques a ete utilisee dans les sections chaudes des turbines a gaz de maniere a accroitre la duree de vie de leurs differents composants. Pour beneficier au maximum de ces avantages, les revetements jouant le role de barriere thermique, doivent rester intacts durant toute la duree de vie de la turbine. Ainsi, des chocs a des vitesses balistiques peuvent avoir pour consequence la deterioration totale du revetement. En revanche, l'erosion n'entraine qu'une diminution progressive de l'epaisseur du revetement contribuant a la diminution de son efficacite en service. Cette etude aborde en particulier la resistance a l'erosion et la resistance aux chocs dus a l'impact de corps etrangers sur le revetement. Pour etudier cela, une machine a ete construite permettant d'obtenir des impacts sur des revetements thermiques a des vitesses balistiques, et ce aussi bien a temperature ambiante qu'a 920°C. Endommages a ces temperatures par des projectiles en alumine ou silice, les revetements obtenus par EB-PVD sont beaucoup plus resistants que leurs equivalents fabriques par la technique de depot par projection plasma. L'examen des echantillons testes revele que des fissures se forment a l'interieur de la surface proche des colonnes de ceramique deposees par EB-PVD et que l'erosion se produit par suppression de ces petits blocs de materiau. Au contraire, dans les ceramiques obtenues par projection plasma, l'ablation de materiau a lieu au niveau des regions ou les grains de ceramiques sont faiblement lies au substrat. Quand de grosses particules entrent en collision avec le revetement obtenu par EB-PVD, il se produit une importante deterioration de la barriere thermique. Cela se traduit par des fissures se propageant de la surface de la ceramique a l'interface ceramique/substrat. La quantite de materiau arrache, par l'impact des particules en impact, augmente avec la taille des particules.

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TL;DR: Les conditions de stabilite des substances which reagissent en presence of a phase gazeuse sont representees dans des diagrammes E-T (ou diagrammes de Ellingham RTlnp-T) and logp-I/T as discussed by the authors.
Abstract: Les conditions de stabilite des substances qui reagissent en presence d'une phase gazeuse sont representees dans des diagrammes E-T (ou diagrammes de Ellingham RTlnp-T) et logp-I/T. Le concept de potentiel d'electrode en presence d'une phase gazeuse apparait dans ces diagrammes. Les diagrammes des systemes O-Fe, O-S-Fe, O-Cl-H et O-Cl-H-Fe sont montres. Des examples d'applications se rapportent a la magnetite stoechiometrique et non-stoechiometrique, a l'oxydation ou reduction du fer en presence d'oxygene, aux oxydes ferriques en solution aqueuse, a l'incineration de produits chlores et sulfures et a la disparition de l'ozone. L'Atlas sort en plusieurs volumes. En 1996: description de la methode, correspondance avec les diagrammes de stabilite isothermiques et 15 systemes O, H, Fe, Cl, S, O-H, O-Fe, O-Cl, H-Cl, H-S, O-S, S-Fe, O-Cl-Fe, OS-Fe, O-Cl-H-Fe. En 1997: C, Al, Cr, Si, Nb, O-C, O-Al, O-Cr, O-Si, O-Nb, S-Cr, C-Si, O-H-Fe, O-C-Fe, O-C-AI, O-S-Cr, O-C-Si. 1998: davantage.

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TL;DR: In this article, the authors derived effective crosslinking radii at hardness saturation based on experimental data for 350 keV H{sup+} and 1 MeV Ar{sup +} irradiation of polystyrene.
Abstract: Surface hardness values several times larger than steel were produced using high energy ion beams at several hundred keV to MeV. High LET is important for crosslinking. Crosslinking is studied by analyzing hardness variations in response to irradiation parameter such as ion species, energy, and fluence. Effective crosslinking radii at hardness saturation are derived base on experimental data for 350 keV H{sup +} and 1 MeV Ar{sup +} irradiation of polystyrene. Saturation value for surface hardness is about 20 GPa.

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TL;DR: In this article, the authors examine l'effet des parametres divers du procede EB-PVD sur la microstructure colonnaire des barrieres thermiques en zircone, partiellement stabilisee.
Abstract: On a examine l'effet des parametres divers du procede EB-PVD sur la microstructure colonnaire des barrieres thermiques en zircone, partiellement stabilisee. Le diametre des colonnes, le degre d'ordre de leur formation et la densite specifique (g/cm 3 ) de la couche de zircone sont en rapport etroit avec ces parametres. Les observations microstructurales ont cree un nouveau modele en ce qui concerne la formation des zones de structure. On a applique des revetements en zircone YPSZ de deux structures differentes sur des echantillons de superalliage IN 100 sur lesquels on avait deja applique une sous-couche de type NiCoCrAlY. Deux types de barrieres thermiques, dont les colonnes sont de deux diametres differents ont ete soumis a un cyclage thermique entre 1100°C et 130°C dans un four et a un cyclage entre 900°C et 25°C dans la flamme d'un bruleur Mach 0,3. Les resultats montrent une correlation entre la geometrie des colonnes des barrieres thermiques et leur duree de vie. Les resultats sont a discuter en rapport avec la microstructure des revetements.

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TL;DR: The tensile behavior of two commercial Al 7% Si casting alloys, with magnesium contents 0.4% and 0.66% have been studied in this article, where different microstructures were produced by varying the solidification rate and by modification with strontium.
Abstract: The tensile behaviour of two commercial Al 7% Si casting alloys, with magnesium contents 0.4% and 0.66% have been studied. Different microstructures were produced by varying the solidification rate and by modification with strontium. An extraction technique was used to study the three dimensional features of the Si flakes and particles.




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TL;DR: In this paper, le comportement a loxydation du revetement NiCrAlY a ete etudie a 1200°C sous air a 1 atm.
Abstract: Une des methodes usuelles utilisee pour proteger les superalliages des environments agressifs a hautes temperatures consiste a former un revetement par plasma spraying MCrAlY (M = Fe, Ni et/ou Co). La croissance d'une couche d'alumine procure une bonne resistance a l'oxydation. Cependant, le domaine d'utilisation d'un tel revetement ne peut depasser 1100°C du fait de la rupture rapide des ecailles de protection d'oxyde. Dans cette etude, le comportement a l'oxydation du revetement NiCrAlY a ete etudie a 1200°C sous air a 1 atm. Une couche de protection d'alumine croit dans les premiers temps, mais une cassure due a l'oxydation se produit apres de longes expositions. Les resultats suggestent que la chute de la temperature critique jusque'a rupture initiale est inversement proportionelle a l'epaisseur de la couche. Un modele theorique est propose afin expliquer ce comportement. La courbure de surface locale du revetement peut mener a la delamination a l'interieur de l'oxyde lors du refroidissent et il est demontre que les plus gros pores de la region du desquamation sont les defaults critiques qui entrainent la fracture de l'oxide.



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TL;DR: In this paper, the authors describe the structure dendritique du substrat sous-jacent of a couche composed of trois souscouches, corresponding to (Ti,Co,Ni), Cr et (Ta,W,Ti).
Abstract: Des essais d'oxydation isotherme a 1100°C sous oxygene ont ete realisees sur des versions commerciales et modifiees de plusieurs superalliages base-Ni monocristallins (CMSX2, CMSX4, CMSX6, AM3, MC2, SRR99). Les couches formees a 900°C sont adherentes et revelent la structure dendritique du substrat sous-jacent. Ces couches sont composees de trois sous-couches riches respectivement en (Ti,Co,Ni), Cr et (Ta,W,Ti). Une zone appauvrie en γ' due a l'oxydation interne d'Al est aussi identifiee. Les couches d'oxydes formees a 1100°C sont peu adherentes et s'ecaillent quelque soit la vitesse de refroidissement. La difference AT entre la temperature d'oxydation et la temperature d'initiation de l'ecaillage depend de l'epaisseur ξ de la couche d'oxyde et de l'energie de rupture interfaciale γ F . Pour un couple oxyde/metal, (ΔT) 2 ξ/γ F est constant (modele d'EVANS et LOBB). Les alliages AM3 et CMSX4 suivent ce modele alors que les alliages AM3 et MC2 modifies s'en ecartent. L'addition de Si et Hf et la substitution de Mo par Re ou Pt et de Ti par Ta ameliorent la resistance a l'oxydation a 900°C et l'adherence des couches d'oxydes a 1100°C.

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TL;DR: In this article, a cellule dessai utilisee pour simuler des conditions reelles d'utilisation (equilibre des gaz and cyclage thermique) a permis de tester 2 alliages commerciaux, l'un alumino formeur, l´autre chromo formeur.
Abstract: Des alliages refractaires sont utilises pour des resistances electriques ou comme elements de structure dans les fours industriels. Ils sont soumis a differentes atmospheres, souvent pauvres en oxygene et avec un fort potentiel en carbone. Une cellule d'essai utilisee pour simuler des conditions reelles d'utilisation (equilibre des gaz et cyclage thermique) a permis de tester 2 alliages commerciaux, l'un alumino formeur, l'autre chromo formeur. Des essais sous H 2 , N 2 , 95N 2 -5H 2 et gaz endothermique ont ete realises sous air sec et humide comme reference. Des echantillons ont ete chauffes par effet joule afin de mesurer les variations de resistance a froid et a chaud ainsi que le temps a la rupture. Des analyses metallographiques ont ete faites, par MEB et par MO, pour identifier les modifications des materiaux. L'alliage Nikrothal® 80 (Ni-20Cr) forme une couche protectrice sous air; les oxydes de chrome sont instables sous H 2 et sous melange de 95N 2 -5H 2 , entrainant la vaporisation du metal. L'alliage Kanthal® APM (Fe-Cr-Al) forme une couche d'oxyde extremement protectrice, a croissance lente, sous toutes les atmospheres sauf en presence de gaz contenant du N 2 et avec un faible point de rosee (<-25°C). Dans ce dernier cas une nitruration interne est possible.

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TL;DR: In this article, the authors propose an amelioration de la tenue a loxydation and a prevention de la fragilisation de ces alliages peuvent andre obtenues par mise en oeuvre de revetements multicouches pulverises ou de composition evoluant progressivement.
Abstract: L'oxydation sous air a haute temperature des alliages base titane α de type IMI 834 et TIMETAL 1100 conduit a la formation de couches oxydees non protectrices Par ailleurs, la solubilisation d'oxygene dans l'alliage fragilise ce dernier en diminuant sa ductilite Une amelioration de la tenue a l'oxydation et une prevention de la fragilisation de ces alliages peuvent etre obtenues par mise en oeuvre de revetements multicouches pulverises ou de revetements de composition evoluant progressivement dans le systeme Ti-Al Alors que les revetements de composition evolutive se transforment en multicouches au cours d'un maintien a haute temperature, les revetements multicouches obtenus par pulverisation n'evoluent pas lors d'un recuit de 100 h a 750°C Tous ces revetements ameliorent legerement la tenue au fluage mais favorisent la deformation plastique lors d'une exposition a l'air a 600°C




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TL;DR: In this article, les chlorures qui sont une part importante du sel de mer ne sont pas identified dans les depots formes dans the turbines.
Abstract: Bien que beaucoup de questions soient resolues en ce qui concerne l'oxydation acceleree des super alliages par les depots de sels corrosifs, il reste encore quelques questions sans reponses. La composition chimique du sel de mer qui entre dans les moteurs est differente de celle des sels qui adherent aux composants des compresseurs. Ces sels sont pratiquement identiques en composition aux sels que l'on trouve sur les elements de turbines. Toutefois les chlorures qui sont une part importante du sel de mer ne sont pas identifies dans les depots formes dans les turbines. Il est egalement curieux de constater que la composition des sels trouves a l'interieur des turbines a refroidissement par air soit identique a celle des sels presents sur les elements externes des turbines alors qu'il n'y a pas eu de contact avec les produits de combustion. Nous presenterons ici les observations les plus recentes et nous passerons en revue les mecanismes de depots qui interviennent dans le compresseur et dans la turbine a gaz.